DE102013108712A1 - Method for initial filling of a rechargeable battery and accumulator and accumulator filling device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur erstmaligen Befüllung eines Akkumulators mit flüssigem Elektrolyten, wobei der Akkumulator ein Gehäuse mit einer im Normalbetrieb des Akkumulators oben liegenden Oberseite und eine der Oberseite gegenüber liegenden Unterseite aufweist, wobei in dem Gehäuse Batterieelektroden und ein zwischen Batterieelektroden angeordnetes Flüssigkeit aufsaugendes Material, dass den flüssigen Elektrolyten aufnimmt, angeordnet sind und das Gehäuse wenigstens eine Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten aufweist, wobei flüssiger Elektrolyt durch die wenigstens eine Einfüllöffnung über einen flüssigkeitsdichten Elektrolyt-Leitkanal in dem Gehäuse von der Einfüllöffnung aus zur Unterseite des Gehäuses oder zumindest bis zur Unterseite der Batterieelektroden geführt wird. Die Erfindung betrifft außerdem einen Akkumulator, der mit flüssigem Elektrolyten zu befüllen oder befüllt ist sowie eine Akkumulator-Befüllvorrichtung. The invention relates to a method for first filling a rechargeable battery with liquid electrolyte, the rechargeable battery having a housing with a top side lying in normal operation of the accumulator top and a bottom opposite the top, wherein in the housing battery electrodes and a disposed between battery electrodes liquid absorbing material in that the liquid electrolyte receives, is arranged and the housing has at least one liquid electrolyte filling opening, wherein liquid electrolyte flows through the at least one filling opening via a liquid-tight electrolyte guide channel in the housing from the filling opening to the bottom of the housing or at least as far as Bottom of the battery electrodes is guided. The invention also relates to an accumulator to be filled or filled with liquid electrolyte and an accumulator-filling device.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur erstmaligen Befüllung eines mit flüssigem Elektrolyten zu befüllenden Akkumulators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Akkumulator, der mit flüssigem Elektrolyten zu befüllen oder befüllt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 sowie eine Akkumulator-Befüllvorrichtung gemäß Anspruch 9. The invention relates to a method for initial filling of a liquid electrolyte to be filled with accumulator according to the preamble of
Die Erfindung betrifft das Gebiet von Akkumulatoren, die mit einem flüssigen Elektrolyten zu befüllen sind, wie z. B. Blei-Säure-Batterien, wie sie z. B. als Starterbatterien für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Ein solcher Akkumulator ist z.B. aus der
Insbesondere bei sehr feinfaserigem Separatormaterial ist das Entweichen der Gase durch Kapillareffekte zusätzlich erschwert. Aber auch bei anders aufgebauten Batterieelektroden oder anderen Umhüllungen der Batterieelektroden tritt der beschriebene Effekt auf. Especially with very fine-grained separator material, the escape of gases is additionally complicated by capillary effects. But even with differently constructed battery electrodes or other sheaths of the battery electrodes, the described effect occurs.
Bei den eingeschlossenen Gasen kann es sich einerseits um trotz der Evakuierung verbliebene Luftmengen aus der Umgebung handeln. Zusätzlich kann sich beim Befüllen einer Blei-Säure-Batterie mit dem flüssigen Elektrolyten in manchen Fällen relativ schnell Kohlenstoffdioxid bilden, das bei der zuvor beschriebenen Art der Befüllung ebenfalls nicht oder nur schlecht entweichen kann. On the one hand, the trapped gases may be air remaining from the environment despite the evacuation. In addition, when filling a lead-acid battery with the liquid electrolyte, carbon dioxide can form in some cases relatively quickly, which also can not or only with difficulty escape in the previously described type of filling.
Die im Bereich der Batterieelektroden verbleibenden Gasansammlungen sind unerwünscht, weil an sich eine vollständige Befüllung des Bereichs der Batterieelektroden mit dem flüssigen Elektrolyten beabsichtigt ist. Zudem tritt bei bestimmten Akkumulatortypen in Folge der eingeschlossenen Gasblasen eine Fleckenbildung am Separatormaterial ein, die ebenfalls nicht erwünscht ist. So können sich lösliche Substanzen abscheiden und am Separatormaterial sichtbar ablagern. The accumulations of gas remaining in the region of the battery electrodes are undesirable, because in itself a complete filling of the area of the battery electrodes with the liquid electrolyte is intended. In addition, in certain accumulator types due to the trapped gas bubbles, staining of the separator material occurs, which is also undesirable. This allows soluble substances to separate out and deposit them visibly on the separator material.
Es soll daher ein Verfahren zur Befüllung eines mit flüssigem Elektrolyten zu befüllenden Akkumulators angegeben werden, das bei einer erstmaligen Befüllung mit flüssigem Elektrolyten den Gaseinschluss in dem Gehäuse und eine eventuelle Fleckenbildung am Separatormaterial vermeidet oder zumindest deutlich verringert. Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Lösungsmöglichkeiten des genannten Problems anzugeben. The present invention has for its object to provide further solutions to the above problem.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur erstmaligen Befüllung eines Akkumulators mit flüssigem Elektrolyten, wobei der Akkumulator ein Gehäuse mit einer im Normalbetrieb des Akkumulators oben liegenden Oberseite und eine der Oberseite gegenüber liegenden Unterseite aufweist, wobei in dem Gehäuse Batterieelektroden und ein zwischen Batterieelektroden angeordnetes Flüssigkeit aufsaugendes Material, dass den flüssigen Elektrolyten aufnimmt, angeordnet sind und das Gehäuse wenigstens eine Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten aufweist, wobei flüssiger Elektrolyt durch die wenigstens eine Einfüllöffnung über einen flüssigkeitsdichten Elektrolyt-Leitkanal in dem Gehäuse von der Einfüllöffnung aus zur Unterseite des Gehäuses oder zumindest bis zur Unterseite der Batterieelektroden geführt wird. The object is achieved according to
Die Begriffe „befüllen“ und „einfüllen“ sind Synonyme. Dies gilt auch für daraus abgeleitete Begriffe. The terms "fill" and "fill in" are synonyms. This also applies to derived concepts.
Die Erfindung geht von einem Akkumulator mit einem Gehäuse mit wenigstens einer Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten aus. Es können auch mehrere Öffnungen vorgesehen sein, wobei während des Befüllvorgangs die übrigen Öffnungen ggf. verschlossen werden. Die wenigstens eine Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten kann an der Oberseite des Gehäuses angeordnet sein, z. B. in einem Deckelteil. Zumindest kann die Einfüllöffnung aber oberhalb der Mitte des Gehäuses angeordnet sein, d. h. oberhalb einer gedachten Ebene, die mittig zwischen der Oberseite und der Unterseite des Gehäuses verläuft. Die Erfindung hat den Vorteil, dass beim Zuführen des flüssigen Elektrolyten der in Bezug auf die Wirkrichtung der Schwerkraft obere Bereich der Batterieelektroden während des gesamten Einfüllvorgangs frei von flüssigem Elektrolyten gelassen wird. An dieser obersten Stelle können Gasansammlungen dann ungestört entweichen. Das entweichende Gas kann sich z. B. zunächst in einem oberhalb der obersten Stelle der Batterieelektroden gelegenen Gehäusebereich sammeln oder durch eine Öffnung des Gehäuses entweichen, z. B. durch die Einfüllöffnung oder eine andere Öffnung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Bildung des eingangs erwähnten „Sees“ auf der Oberfläche der Batterieelektroden vermieden, so dass für das austretende Gas immer ein freier Weg verbleibt. Damit kann ein Akkumulator ohne die unerwünschten Gaseinschlüsse bzw. mit deutlich verringerter Menge von Gaseinschlüssen hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass eine kontinuierliche Befüllung des Akkumulators mit dem flüssigen Elektrolyten erfolgen kann, d. h. es muss nicht etwa eine Unterbrechung des Befüllvorgangs erfolgen, um eingeschlossenes Gas entweichen zu lassen. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Befüllung mit dem flüssigen Elektrolyten wie beim bekannten Verfahren relativ zügig erfolgen kann, was für einen industriellen Herstellungsprozess vorteilhaft ist. Bei dem Verfahren kann zusätzlich eine Evakuierung des Gehäuses vorgesehen werden, um den Einfüllvorgang zu unterstützen. The invention is based on an accumulator having a housing with at least one filling opening for the liquid electrolyte. It can also be provided a plurality of openings, wherein the remaining openings are optionally closed during the filling process. The at least one filling opening for the liquid electrolyte may be arranged at the top of the housing, for. B. in a cover part. But at least the filling opening can be arranged above the center of the housing, ie above an imaginary plane which runs centrally between the top and the bottom of the housing. The invention has the advantage that, when the liquid electrolyte is supplied, the upper area of the battery electrodes, with respect to the effective direction of gravity, is maintained throughout Filling process is left free of liquid electrolyte. At this uppermost point gas accumulations can then escape undisturbed. The escaping gas can be z. B. initially collect in a housing located above the uppermost point of the battery electrodes housing area or escape through an opening of the housing, z. B. through the filling opening or another opening. The inventive method, the formation of the aforementioned "lake" on the surface of the battery electrodes is avoided, so that always leaves a free path for the exiting gas. Thus, an accumulator without the unwanted gas inclusions or with significantly reduced amount of gas inclusions can be produced. Another advantage of the method is that a continuous filling of the accumulator with the liquid electrolyte can take place, ie there is no need to interrupt the filling process in order to allow trapped gas to escape. This in turn has the advantage that the filling with the liquid electrolyte can take place relatively quickly, as in the known method, which is advantageous for an industrial production process. In the method, an evacuation of the housing may additionally be provided to assist the filling process.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Befüllung des Gehäuses und damit die Benetzung der Batterieelektroden ausschließlich von deren Unterseite her erfolgt, obwohl die Einfüllöffnung weiter oben liegen kann. Hier zeigt sich auch ein wesentlicher Unterschied gegenüber den Vorschlägen aus
Insbesondere werden die Batterieelektroden nicht direkt durch den durch den Elektrolyt-Leitkanal fließenden Elektrolyten benetzt, sondern der Elektrolyt kann die Batterieelektroden erst nach seinem Austreten aus dem Elektrolyt-Leitkanal und entsprechend ansteigenden Elektrolytpegel benetzen. Das von der Flüssigkeitsfront verdrängte Gas wird nicht eingeschlossen, und es wird ein trockener Entgasungsweg freigehalten. Dies führt vorteilhaft zu einer relativ homogenen Befüllung des Akkumulators und einer homogenen Benetzung der Batterieelektroden. Eine Entstehung von weniger gut befüllten Stellen des Akkumulators wird somit vermieden. Hierdurch kann ein homogenes Verhalten des Akkumulators und damit im Ergebnis eine bessere Leistungsfähigkeit des Akkumulators erzielt werden. In particular, the battery electrodes are not wetted directly by the electrolyte flowing through the electrolyte guide channel, but the electrolyte can wet the battery electrodes only after its exit from the electrolyte guide channel and correspondingly rising electrolyte level. The gas displaced by the liquid front is not trapped, and a dry degassing path is kept clear. This leads advantageously to a relatively homogeneous filling of the accumulator and a homogeneous wetting of the battery electrodes. An emergence of less well-filled points of the accumulator is thus avoided. In this way, a homogeneous behavior of the accumulator and thus a better performance of the accumulator can be achieved.
Als oberste Stelle der Batterieelektroden kommt bei einem horizontal stehenden Akkumulator die zur Oberseite des Gehäuses hin gewandte Oberkante der Batterieelektroden in Betracht, die bei dem anhand der
Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Akkumulatoren, die mit einem flüssigen Elektrolyten zu befüllen sind, unabhängig von der Art und Ausgestaltung der Batterieelektroden. Die Erfindung eignet sich sowohl für Batterieelektroden, die mit einem Separatormaterial vollständig umgeben sind, d. h. sich in einer durch das Separatormaterial nach Art einer Tasche gebildeten Umhüllung befinden, als auch für Batterieelektroden, bei denen andersartige Separatoren verwendet werden. Die Erfindung eignet sich für Batterieelektroden, bei denen das Separatormaterial über die Kanten des Batteriegitters hinaus steht, was z. B. bei der taschenartigen Ausbildung von Separatoren regelmäßig der Fall ist, als auch für Batterieelektroden mit nicht über das Batteriegitter hinaus stehenden Separatoren. Insofern wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung der Separator als Teil der Batterieelektrode verstanden. Sofern eine Vielzahl von Batterieelektroden zu einem sogenannten Batterieelektrodenstapel in einer Zelle des Akkumulators vorgesehen ist, d. h. eine Vielzahl von unmittelbar angrenzend nebeneinander angeordneten Batterieelektroden, so ist es vorteilhaft, die jeweils oberste Stelle des Batterieelektrodenstapels während des Einfüllvorganges des flüssigen Elektrolyten von dem flüssigen Elektrolyten freizuhalten. The invention is suitable for all types of accumulators to be filled with a liquid electrolyte, regardless of the nature and design of the battery electrodes. The invention is suitable both for battery electrodes which are completely surrounded by a separator material, d. H. are located in a casing formed by the separator material in the manner of a pocket, as well as for battery electrodes, in which different types of separators are used. The invention is suitable for battery electrodes, in which the separator material is beyond the edges of the battery grating out what z. B. in the pocket-like design of separators is the case regularly, as well as for battery electrodes with not beyond the battery grid beyond separators. In this respect, for the purposes of the present application, the separator is understood as part of the battery electrode. If a plurality of battery electrodes is provided to a so-called battery electrode stack in a cell of the accumulator, d. H. a plurality of immediately adjacent juxtaposed battery electrodes, it is advantageous to keep the respective uppermost point of the battery electrode stack during the filling process of the liquid electrolyte from the liquid electrolyte.
Die Erfindung kann bei prismatischen Gehäusebauformen als auch bei anderen Gehäusebauformen, z. B. bei runden oder ovalen Gehäusen, eingesetzt werden. The invention can be used in prismatic housing designs as well as in other housing designs, eg. B. in round or oval housings, are used.
Der Akkumulator kann als einzelliger oder mehrzelliger Akkumulator ausgebildet sein. Sofern der Akkumulator mehrzellig ausgebildet ist, so gelten die Ausführungen bezüglich des Gehäuses auch in Bezug auf einen jeweiligen Gehäuseteil des Akkumulatorgehäuses, der jeweils eine Zelle des Akkumulators umschließt. Im Falle eines einzelligen Akkumulators kann der entsprechende Gehäuseteil einer Zelle dementsprechend auch das gesamte Gehäuse des Akkumulators bilden. Bei einem mehrzelligen Akkumulator ist vorteilhaft vorgesehen, dass jede Zelle bzw. jedes Gehäuseteil einer Zelle wenigstens eine eigene Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten aufweist. The accumulator can be designed as a single-cell or multi-cell accumulator. If the accumulator is designed to be multicellular, then the statements regarding the housing also apply with respect to a respective housing part of the accumulator housing, which encloses in each case one cell of the accumulator. In the case of a single-cell accumulator, the corresponding housing part of a cell can accordingly also form the entire housing of the accumulator. In the case of a multicellular accumulator, it is advantageously provided that each cell or each housing part of a cell has at least one own filling opening for the liquid electrolyte.
Die Befüllung des Akkumulators mit dem flüssigen Elektrolyten kann geregelt oder ungeregelt erfolgen. Bei ungeregelter Befüllung ist die Zuführung des flüssigen Elektrolyten z. B. durch Versuche derart einzustellen, dass während des Einfüllvorgangs der Elektrolytpegel nicht zu schnell ansteigt, so dass der Elektrolytpegel zwischen den Batterieelektroden nicht zu sehr dem Elektrolytpegel in freien Bereich des Gehäuses nacheilt. Dies kann z. B. durch Einstellen eines Dosierhahns erfolgen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der flüssige Elektrolyt durch eine Regelung dosiert in das Gehäuse eingefüllt. Dies hat den Vorteil, dass durch die Regelung sichergestellt werden kann, dass der Elektrolytpegel zwischen den Batterieelektroden nicht zu sehr dem Elektrolytpegel in freien Bereich des Gehäuses nacheilt und es nicht dazu kommen kann, dass während des laufenden Einfüllvorgangs des flüssigen Elektrolyten die in Bezug auf die Wirkrichtung der Schwerkraft oberste Stelle der Batterieelektroden vollständig mit dem Elektrolyten bedeckt ist. The filling of the accumulator with the liquid electrolyte can be controlled or unregulated. In unregulated filling, the supply of the liquid electrolyte z. B. to adjust by experiments such that during the filling process, the electrolyte level does not rise too fast, so that the electrolyte level between the battery electrodes does not lag too much the electrolyte level in the free area of the housing. This can be z. B. by adjusting a dosing. According to an advantageous embodiment of the invention, the liquid electrolyte is metered into the housing by a control. This has the advantage that it can be ensured by the regulation that the electrolyte level between the battery electrodes does not lag too much the electrolyte level in the free area of the housing and it can not happen that during the current filling process of the liquid electrolyte in relation to the Direction of action of gravity uppermost point of the battery electrodes is completely covered with the electrolyte.
Die Regelung kann als aktive oder passive Regelung ausgebildet sein. Bei einer aktiven Regelung ist ein Regler vorgesehen, z. B. in Form eines mechanischen oder elektronischen Reglers, dem eine Eingangsgröße, wie z. B. der aktuelle Füllstand des flüssigen Elektrolyten in dem Gehäuse, zugeführt wird. Der Regler regelt dann den Füllstand auf einen vorbestimmten Sollwert. Der Sollwert ist vorteilhaft derart festgelegt, dass die während des Einfüllvorgangs des flüssigen Elektrolyten in Bezug auf die Wirkrichtung der Schwerkraft oberste Stelle der Batterieelektroden zu keinem Zeitpunkt vollständig mit dem Elektrolyten bedeckt ist. Die Regelung kann auch passiv ausgeführt sein, z. B. im Falle der Befüllung mittels des nachfolgend noch erläuterten Befüllungsgefäßes über wenigstens einen länglichen Hohlkörper. The control can be designed as active or passive control. In an active control a controller is provided, for. B. in the form of a mechanical or electronic controller, an input size, such. B. the current level of the liquid electrolyte in the housing is supplied. The controller then regulates the level to a predetermined setpoint. The setpoint value is advantageously set such that the topmost point of the battery electrodes during the filling process of the liquid electrolyte is not completely covered with the electrolyte at any time with respect to the effective direction of gravity. The scheme can also be performed passively, z. B. in the case of filling by means of the below-explained filling vessel via at least one elongated hollow body.
Gemäß der Erfindung nimmt ein die Batterieelektroden umhüllendes, Flüssigkeit aufsaugendes Material während des Einfüllvorgangs des flüssigen Elektrolyten den flüssigen Elektrolyten auf. Das Flüssigkeit aufsaugende Material nimmt vorteilhaft den flüssigen Elektrolyten dauerhaft auf und hält diesen auch nach dem Einfüllvorgang. Das den flüssigen Elektrolyten aufnehmende Flüssigkeit aufsaugende Material kann insbesondere das Separatormaterial sein, das z.B. im Fall von AGM-Batterien als absorbierende Glasfasermatte ausgebildet ist. Das Separatormaterial saugt dann den flüssigen Elektrolyten auf. Das Verfahren eignet sich insbesondere für Akkumulatoren in Form von AGM-Batterien. Bei dem Flüssigkeit aufsaugenden Material kann es sich auch um eine poröse Matte aus Mikro-Glasfasern handeln, wobei auch ein gewisser Anteil von Polymerfasern enthalten sein kann. Die Erfindung eignet sich daher insbesondere auch für Akkumulatoren mit feinfaserigem Separatormaterial, das die Batterieelektroden umhüllt. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Akkumulatoren mit dicht gepackten Batterieelektroden, die im Gehäuse relativ eng aneinandergepresst sind. Bei solchen Ausführungsformen von Akkumulatoren ist normalerweise eine gleichmäßige Benetzung der Batterieelektroden relativ schwierig. Dies wird durch die vorliegende Erfindung vereinfacht. According to the invention, a fluid-absorbing material enveloping the battery electrodes receives the liquid electrolyte during the filling operation of the liquid electrolyte. The liquid-absorbing material advantageously takes up the liquid electrolyte permanently and keeps it even after the filling process. The material absorbing the liquid electrolyte may in particular be the separator material, e.g. in the case of AGM batteries is designed as an absorbent glass fiber mat. The separator material then absorbs the liquid electrolyte. The method is particularly suitable for accumulators in the form of AGM batteries. The liquid-absorbent material may also be a porous mat of micro-glass fibers, whereby a certain proportion of polymer fibers may also be contained. The invention is therefore particularly suitable for accumulators with fine-grained separator material, which surrounds the battery electrodes. The invention is particularly suitable for accumulators with densely packed battery electrodes, which are pressed relatively close together in the housing. In such embodiments of accumulators, uniform wetting of the battery electrodes is usually relatively difficult. This is simplified by the present invention.
Das Flüssigkeit aufsaugende Material kann z.B. taschenförmig jeweils für die positiven Batterieelektroden auf beiden Seiten umgeben, so dass sich eine Separierung von benachbarten negativen Batterieelektroden ergibt. The liquid absorbent material may e.g. pocket-shaped respectively for the positive battery electrodes on both sides, so that there is a separation of adjacent negative battery electrodes.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der flüssige Elektrolyt durch eine Dosiereinrichtung mengendosiert zugeführt, so dass der Elektrolytpegel zwischen den Batterieelektroden zu keinem Zeitpunkt während des Einfüllvorganges des flüssigen Elektrolyten in Bezug auf die Wirkrichtung der Schwerkraft mehr als 50% der Batterieelektrodenhöhe niedriger liegt als der während des Einfüllvorgangs höchste Elektrolytpegel in dem Gehäuse. Insbesondere bei Akkumulatoren mit dicht gepackten Batterieelektroden tritt der höchste Elektrolytpegel beim Einfüllvorgang an den Rändern der Elektroden in der Nähe der Gehäusewände des Akkumulatorgehäuses auf. Durch die genannte mengendosierte Zuführung des Elektrolyten kann die Nacheilung des Elektrolytpegels zwischen den Batterieelektroden auf ein vertretbares Maß begrenzt werden, so dass die eingangs genannte Fleckenbildung am Separatormaterial ganz oder weitgehend vermieden wird. Zur weiteren Optimierung des Einfüllvorgangs kann die genannte 50%-Schwelle weiter verringert werden, z.B. auf 25% oder 10%. According to an advantageous development of the invention, the liquid electrolyte is metered in by a metering device, so that the electrolyte level between the battery electrodes at any time during the filling process of the liquid electrolyte with respect to the effective direction of gravity is more than 50% of the battery electrode height lower than during the filling process highest electrolyte levels in the housing. Particularly in the case of accumulators with densely packed battery electrodes, the highest electrolyte level during the filling process occurs at the edges of the electrodes in the vicinity of the housing walls of the accumulator housing. By virtue of the above-mentioned metered addition of the electrolyte, the lag of the electrolyte level between the battery electrodes can be limited to an acceptable level, so that the aforementioned staining on the separator material is completely or largely avoided. To further optimize the filling process, said 50% threshold can be further reduced, e.g. to 25% or 10%.
Der Elektrolyt-Leitkanal kann als permanenter Bestandteil des Gehäuses des Akkumulators ausgebildet sein, der auch im späteren Betrieb des Akkumulators darin verbleibt. Der Elektrolyt-Leitkanal kann auch als temporäres Hilfsgerät ausgebildet sein, das für den Vorgang der erstmaligen Befüllung in das Gehäuse eingeführt wird und nach dem Befüllungsvorgang wieder entfernt wird. Hierzu kann z.B. ein Schlauch verwendet werden, der in das Gehäuse des Akkumulators durch die Einfüllöffnung hindurch bis zur Unterseite des Gehäuses oder zumindest bis zur Unterseite der Batterieelektrode geführt wird. The electrolyte guide channel may be formed as a permanent part of the housing of the accumulator, which remains in the later operation of the accumulator therein. The electrolyte guide channel can also be designed as a temporary auxiliary device, which is introduced into the housing for the first filling operation and is removed again after the filling process. For this, e.g. a hose is used, which is guided in the housing of the accumulator through the filling opening to the bottom of the housing or at least to the bottom of the battery electrode.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vor und/oder während des Einfüllvorgangs des flüssigen Elektrolyten ein Vakuum in dem Gehäuse erzeugt. Sofern das Vakuum während des Einfüllvorganges erzeugt wird, wird in diesem Zeitraum eine Vakuumpumpe weiterbetrieben und dadurch ein entsprechender Unterdruck in dem Gehäuse aufrechterhalten oder verstärkt. According to an advantageous development of the invention, a vacuum is generated in the housing before and / or during the filling process of the liquid electrolyte. If the vacuum is generated during the filling process, during this period, a vacuum pump continues to operate, thereby maintaining or increasing a corresponding negative pressure in the housing.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 4 gelöst durch einen Akkumulator, der mit flüssigem Elektrolyten zu befüllen oder befüllt ist, wobei der Akkumulator ein Gehäuse mit einer im Normalbetrieb des Akkumulators oben liegenden Oberseite und einer der Oberseite gegenüber liegenden Unterseite, Batterieelektroden in dem Gehäuse und ein zwischen Batterieelektroden angeordnetes Flüssigkeit aufsaugendes Material, dass den flüssigen Elektrolyten aufnimmt, aufweist, wobei das Gehäuse wenigstens eine Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten aufweist, wobei das Gehäuse einen Elektrolyt-Leitkanal aufweist, der an oder in der Nähe der wenigstens einen Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten beginnt und sich von der Einfüllöffnung aus zur Unterseite des Gehäuses oder zumindest bis zur Unterseite der Batterieelektroden erstreckt. Der Akkumulator unterstützt durch den in seinem Gehäuse vorgesehenen flüssigkeitsdichten Elektrolyt-Leitkanal eine schonende erstmalige Befüllung mit flüssigem Elektrolyten. Insbesondere kann in vorteilhafter Weise das eingangs genannte Verfahren angewandt werden. Es können die entsprechenden Vorteile der schonenden Befüllung, wie zuvor erläutert, realisiert werden. The above-mentioned object is further achieved according to
Der Elektrolyt-Leitkanal kann insbesondere permanent, d.h. fest, in dem Gehäuse angeordnet sein. Der Elektrolyt-Leitkanal kann z.B. durch eine doppelwandige Ausbildung eines Bereichs des Gehäuses, einen in dem Gehäuse vorgesehenen Schlauch oder Rohr oder eine Kombination daraus gebildet werden. In particular, the electrolyte guide channel may be permanent, i. firmly, be arranged in the housing. The electrolyte guide channel may e.g. by a double-walled construction of a region of the housing, a hose or tube provided in the housing or a combination thereof.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Elektrolyt-Leitkanal wenigstens einen horizontal oder diagonal verlaufenden ersten Abschnitt auf, der einerseits zur Einfüllöffnung führt und andererseits mit einem zweiten Abschnitt des Elektrolyt-Leitkanals gekoppelt ist, der in dem Gehäuse zur Unterseite des Gehäuses oder zumindest bis zur Unterseite der Batterieelektroden geführt ist. Der zweite Abschnitt kann z.B. vertikal oder diagonal verlaufen, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt eine Abwinklung vorgesehen ist. Insbesondere kann der horizontal oder diagonal verlaufende erste Abschnitt des Elektrolyt-Leitkanals in einem Deckelteil des Gehäuses angeordnet sein, in dem sich auch Entgasungskanäle des Akkumulators befinden. Dies erlaubt z.B. bei Akkumulatoren mit einem Entgasungssystem in dem Deckelteil eine günstige und platzsparende Führung des ersten Abschnitts des Elektrolyt-Leitkanals. According to an advantageous development of the invention, the electrolyte guide channel has at least one horizontally or diagonally extending first section, which leads on the one hand to the filling opening and on the other hand is coupled to a second section of the electrolyte guide channel, in the housing to the bottom of the housing or at least until is guided to the bottom of the battery electrodes. The second section may e.g. run vertically or diagonally, wherein between the first and the second portion angling is provided. In particular, the horizontally or diagonally extending first section of the electrolyte guide channel can be arranged in a cover part of the housing in which degassing channels of the accumulator are located. This allows e.g. in accumulators with a degassing in the lid part a cheap and space-saving guidance of the first portion of the electrolyte guide channel.
Der Elektrolyt-Leitkanal kann ganz oder teilweise geschlossen ausgebildet sein. Der Elektrolyt-Leitkanal wird vorteilhafterweise aus einem flüssigkeitsdichten Material gebildet. Der Elektrolyt-Leitkanal muss selbst nicht komplett flüssigkeitsdicht sein, kann aber flüssigkeitsdicht ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass über den Elektrolyt-Leitkanal der eingeführte flüssige Elektrolyt nicht schon im oberen Bereich die Batterieelektroden bzw. die Separatoren mit dem Elektrolyten benetzt. Zur Durchführung der erstmaligen Befüllung kann ein Einfüllkopf in die wenigstens eine Einfüllöffnung des Akkumulators eingesetzt werden und durch den Einfüllkopf von außen der flüssige Elektrolyt eingeführt werden. Der Einfüllkopf kann insbesondere flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht in die Einfüllöffnung eingesetzt sein. Der Einfüllkopf kann z.B. wie ein Verschlussstopfen eines Akkumulators ausgebildet sein. The electrolyte guide channel may be formed completely or partially closed. The electrolyte guide channel is advantageously formed from a liquid-tight material. The electrolyte guide channel itself does not have to be completely liquid-tight, but may be made liquid-tight. It is crucial that over the electrolyte guide channel, the introduced liquid electrolyte does not wet the battery electrodes or the separators with the electrolyte already in the upper area. To carry out the first-time filling, a filling head can be inserted into the at least one filling opening of the accumulator and the liquid electrolyte can be introduced through the filling head from the outside. The filling head can be inserted in particular liquid-tight and / or gas-tight in the filling opening. The filling head may e.g. be formed as a plug of an accumulator.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Übergang von der Einfüllöffnung bzw. des die Einfüllöffnung umgebenden Materials des Gehäuses des Akkumulators in den Elektrolyt-Leitkanal wenigstens eine innerhalb des Gehäuses gebildete Gasdurchlassöffnung auf. Dies hat den Vorteil, dass bei Verwendung z.B. des nachfolgend erläuterten zweikanaligen Einfüllkopfs gleichzeitig während des Einfüllvorgangs eine fortlaufende Evakuierung des Gehäuses über die Gasdurchlassöffnung durchgeführt werden kann. According to an advantageous development of the invention, the transition from the filling opening or the material surrounding the filling opening of the housing of the accumulator into the electrolyte guide channel has at least one gas passage opening formed within the housing. This has the advantage that when using e.g. of the two-channel filling head explained below, a continuous evacuation of the housing via the gas passage opening can be carried out simultaneously during the filling process.
Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß Anspruch 9 ferner gelöst durch eine Akkumulator-Befüllvorrichtung mit einem Einfüllkopf, der zum Einsetzen in eine Einfüllöffnung des Akkumulators ausgebildet ist, wobei der Einfüllkopf einen Evakuierungskanal zur Herstellung eines Vakuums im Gehäuse des Akkumulators und einen vom Evakuierungskanal getrennten Elektrolyteinfüllkanal aufweist, der bei in die Einfüllöffnung eingesetztem Einfüllkopf mit einer Auslassöffnung an einen Elektrolyt-Leitkanal des Gehäuses des Akkumulators mündet. Dies hat den Vorteil, dass nur ein einziger Einfüllkopf pro Einfüllöffnung am Gehäuse des Akkumulators anzuordnen ist, um sowohl die Erzeugung des Vakuums im Gehäuse als auch das Einfüllen des flüssigen Elektrolyten durchzuführen. Infolge der getrennten Kanäle kann auch gleichzeitig während des Einfüllvorgangs eine fortlaufende Evakuierung des Gehäuses durchgeführt werden. The above-mentioned object is further achieved according to
Der Einfüllkopf kann auch zusätzlich verwendet werden, um das Gehäuse zu evakuieren. Er kann z.B. zunächst eine Evakuierung des Gehäuses erfolgen, dann wird flüssiger Elektrolyt eingeleitet. Der Vorgang kann auch mehrfach wechselnd durchgeführt werden, in dem die Elektrolyt-Einfüllung unterbrochen wird und wiederum durch den Einfüllkopf evakuiert wird. Danach wird die Befüllung mit dem Elektrolyten durch den Einfüllkopf fortgesetzt. The filling head can also be used in addition to evacuate the housing. He can e.g. first an evacuation of the housing take place, then liquid electrolyte is introduced. The process can also be performed several times alternating, in which the electrolyte filling is interrupted and in turn evacuated through the filling head. Thereafter, the filling with the electrolyte is continued through the filling head.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.
Es zeigen: Show it:
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.
Die
Die
Die
Die
Der Aktor
Die Regelung kann auch durch messtechnische Erfassung anderer Größen des Batterieelektrodensatzes erfolgen, z.B. durch die Messung des Ohmschen Widerstands, der Kapazität. Auch eine Temperaturmessung am Verbinderelement zwischen den einzelnen Batterieelektroden kann durchgeführt werden. Eine Ermittlung der Elektrolytbenetzung bzw. des Elektrolyt-Pegels ist möglich, denn bei Einfüllen erwärmt sich der flüssige Elektrolyt aufgrund chemischer Reaktionen mit den Batterieelektroden. Es können Temperaturen von ca. 100°C erreicht werden. The regulation can also be carried out by metrological detection of other sizes of the battery electrode set, e.g. by measuring the ohmic resistance, the capacity. Also, a temperature measurement on the connector element between the individual battery electrodes can be performed. A determination of the electrolyte wetting or the electrolyte level is possible, because when filling the liquid electrolyte heats up due to chemical reactions with the battery electrodes. It can reach temperatures of about 100 ° C.
In den
Die erstmalige Befüllung des Akkumulators mit dem flüssigen Elektrolyten wurde bisher anhand der
Die
Das Deckelteil
Die
Der Vakuumunterdruck und die Elektrolyt-Zuführgeschwindigkeit sollen dabei so abgestimmt werden, dass es zu keiner Überschichtung trockener Bereiche der Batterieelektroden
Die anhand der
Nach Abschluss des Befüllvorgangs kann die Einfüllöffnung
Die Wandelemente
Die Einfüllöffnung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5356733 [0002] US 5356733 [0002]
- DE 102011110479 A1 [0006, 0011] DE 102011110479 A1 [0006, 0011]
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- 2013-08-12 DE DE102013108712.4A patent/DE102013108712A1/en active Pending
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