DE102019110746B3 - Stopper for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell and accumulator with a stopper - Google Patents

Stopper for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell and accumulator with a stopper Download PDF

Info

Publication number
DE102019110746B3
DE102019110746B3 DE102019110746.6A DE102019110746A DE102019110746B3 DE 102019110746 B3 DE102019110746 B3 DE 102019110746B3 DE 102019110746 A DE102019110746 A DE 102019110746A DE 102019110746 B3 DE102019110746 B3 DE 102019110746B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stopper
housing
accumulator
electrolyte
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019110746.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Pakull
Raphael Roth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Bahn AG
Original Assignee
Deutsche Bahn AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Bahn AG filed Critical Deutsche Bahn AG
Priority to DE102019110746.6A priority Critical patent/DE102019110746B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019110746B3 publication Critical patent/DE102019110746B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels
    • G01F23/2928—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels using light reflected on the material surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/358—External gas exhaust passages located on the battery cover or case
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627—Filling ports
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stopfen für das Gehäuse einer mit einem wässrigen Elektrolyt befüllbaren Akkumulatorzelle mit einem Sensor zum Erfassen der Füllstandshöhe des Elektrolyten in der Akkumulatorzelle sowie einen Akkumulator mit einem solchen Stopfen. Diese sollen eine einfachere Wartung und einen kostengünstigeren Betrieb von Batterieanlagen ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Stopfen (1) einen von einer Entgasungsöffnung (10) getrennten Einbauraum (4) für den Sensor aufweist, dessen Mess-Öffnung (6) den Einbauraum (4) mit einer zum Innenraum (7) des Gehäuses (2) ausgerichteten Unterseite (8) des Stopfens (1) verbindet.The invention relates to a plug for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte, with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell, and to an accumulator with such a plug. These should enable easier maintenance and more cost-effective operation of battery systems. This is achieved according to the invention in that the plug (1) has an installation space (4) for the sensor, which is separate from a degassing opening (10) and whose measuring opening (6) connects the installation space (4) with an interior space (7) of the housing (2) aligned underside (8) of the plug (1) connects.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stopfen für das Gehäuse einer mit einem wässrigen Elektrolyt befüllbaren Akkumulatorzelle mit einem Sensor zum Erfassen der Füllstandshöhe des Elektrolyten in der Akkumulatorzelle sowie einen Akkumulator mit einem solchen Stopfen.The invention relates to a plug for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte, with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell, and to an accumulator with such a plug.

Akkumulatorzellen bestehen in aller Regel aus einem säurefesten Gehäuse sowie zwei Bleiplatten bzw. Plattengruppen, die unterschiedlich elektrisch gepolt sind und als Elektrode dienen. Akkumulatoren sind aus einer Mehrzahl von Akkumulatorzellen aufgebaut. Umgangssprachlich hat sich neben dem Begriff der „Akkumulatorzelle“ auch der Begriff der „Batteriezelle“ etabliert. Die Bleiplatten einer Akkumulatorzelle dürfen sich gegenseitig nicht berühren und sind in einen Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure getaucht, über den durch eine elektrochemische Entladungsreaktion eine kurzfristige Entnahme hoher Ströme aus dem Akkumulator möglich ist. Allerdings können Bleiakkumulatoren bei Verunreinigungen durch Edelmetalle ausgasen und Wasserstoff freisetzen. Dies kann insbesondere bei Ladevorgängen zur Bildung von leicht entzündlichem Knallgas führen, weshalb Bleiakkumulatoren grundsätzlich nur in gut belüfteten Räumen betrieben werden dürfen. Offene Bleiakkumulatoren mit flüssigem Elektrolyt weisen eine geringere Empfindlichkeit gegenüber einer solchen Überladung auf, da die durch Ausgasung entstandenen Verluste durch Nachfüllen von destilliertem Wasser ausgeglichen werden können. Deshalb müssen die Füllstände des Elektrolyten in offenen Bleiakkumulatoren regelmäßig überprüft werden. Die Elektrolyt-Einfüllöffnungen werden mittels selbsttätig entgasender Stopfen verschlossen, wie z.B. in DE 39 09 871 A1 offenbart.
Allerdings muss jede Batterieanlage in festen zeitlichen Abständen durch Bedienpersonal aufgesucht und im Hinblick auf Elektrolytverlust kontrolliert werden. Die Kontrolle des Elektrolyt-Füllstandes sowie das Nachfüllen der Akkumulatorzellen mit destilliertem Wasser sind überwiegend manuelle Tätigkeiten. Insbesondere bei Batterieanlagen an räumlich weit verteilten Standorten ist dies mit einem großen personellen Aufwand verbunden, der den Betrieb solcher Batterieanlagen verteuert.Accumulator cells usually consist of an acid-proof housing and two lead plates or plate groups that are electrically polarized differently and serve as electrodes. Batteries are made up of a plurality of battery cells. Colloquially, the term “battery cell” has established itself alongside the term “accumulator cell”. The lead plates of an accumulator cell must not touch each other and are immersed in an electrolyte made of dilute sulfuric acid, through which high currents can be drawn from the accumulator for a short time through an electrochemical discharge reaction. However, lead-acid batteries can outgas when contaminated with precious metals and release hydrogen. This can lead to the formation of highly flammable oxyhydrogen gas, especially during charging, which is why lead-acid batteries may only be operated in well-ventilated rooms. Open lead-acid batteries with liquid electrolyte are less sensitive to such overcharging, since the losses caused by outgassing can be compensated for by topping up with distilled water. Therefore, the level of the electrolyte in open lead-acid batteries must be checked regularly. The electrolyte filler openings are closed by means of automatically degassing stoppers, such as in DE 39 09 871 A1 disclosed.
However, every battery system must be visited by operating personnel at fixed time intervals and checked for electrolyte loss. Checking the electrolyte level and refilling the battery cells with distilled water are mostly manual activities. Particularly in the case of battery systems at widely distributed locations, this is associated with a large amount of personnel, which makes the operation of such battery systems more expensive.

Zur Vereinfachung des arbeits- und zeitaufwändigen Nachfüllens sind aus DE 69 15 774 U mehrzellige Akkumulatoren bzw. Batterien bekannt, deren Verschlussstopfen Elektroden aufweisen, die in den Innenraum bzw. Elektrolytraum der Batterie ragen und bei Benetzung mit Elektrolyt-Flüssigkeit das Absperren eines mit einer Elektrolyt-Zuführung in den Batteriezellen-Innenraum verbundenen Ventils auslösen.To simplify labor-consuming and time-consuming refills are off DE 69 15 774 U multi-cell accumulators or batteries are known whose sealing plugs have electrodes which protrude into the interior or electrolyte space of the battery and, when wetted with electrolyte liquid, trigger the shut-off of a valve connected to an electrolyte feed into the battery cell interior.

Aus der EP 0 083 358 B1 ist ein gattungsgemäßer Stopfen bekannt, der einen im Stopfengehäuse angeordneten Schwimmer aufweist, mittels dem ein selbsttätiges Nachfüllen von Elektrolyt bei Unterschreiten des Füllstands-Grenzwertes ermöglicht wird. Mittel einer Hebelmechanik wird ein die Elektrolyt-Zuführung kontrollierendes Ventil geöffnet, sobald der Schwimmer in eine unterhalb eines definierten Grenzwertes liegende Lage ausgelenkt wird. Hierdurch kann die Wartung einer Batterieanlage beschleunigt werden, da nur noch solche Akkumulatorzellen nachgefüllt werden müssen, deren Elektrolyt unterhalb eines vorgebbaren Schwellwertes gefallen sind. Allerdings sind solche Stopfen mit interner Ventilhebel-Mechanik störungsanfällig und müssen in regelmäßigen Intervallen durch Instandhaltungspersonal auf eventuelle Fehlfunktionen überprüft werden.From the EP 0 083 358 B1 a generic stopper is known which has a float arranged in the stopper housing, by means of which an automatic refilling of electrolyte is made possible when the fill level falls below the limit value. A valve controlling the electrolyte feed is opened by means of a lever mechanism as soon as the float is deflected into a position below a defined limit value. In this way, the maintenance of a battery system can be accelerated, since only those battery cells have to be refilled whose electrolyte has fallen below a predefinable threshold value. However, such plugs with an internal valve lever mechanism are prone to failure and must be checked for possible malfunctions by maintenance staff at regular intervals.

Aus DE 37 37 545 A1 ist eine Vorrichtung zur Überprüfung des Säurestandes in Zellen von Akkumulatorbatterien bekannt, deren Detektor als eine in einer Verschlusskappe gehaltene und in den Säurepegel bis zu dessen Mindeststand eintauchende Elektrode ausgeführt ist und bei Unterschreiten dieses Mindest-Säurepegels in der Batteriezelle ein Alarmsignal abgibt.
Die DE 20 2013 100 833 U1 lehrt einen optischen Füllstandssensor, der als Alternative zu mechanischen Schwimmern gedacht ist und auf der Laufzeitanalyse eines vom Sensor ausgesendeten und nach Reflektion auf der Flüssigkeitsoberfläche wieder empfangenen Lichtstrahls basiert.Out DE 37 37 545 A1 a device for checking the acid level in cells of accumulator batteries is known, the detector of which is designed as an electrode held in a cap and immersed in the acid level to its minimum level and emits an alarm signal when this minimum acid level in the battery cell is not reached.
The DE 20 2013 100 833 U1 teaches an optical level sensor which is intended as an alternative to mechanical floats and is based on the transit time analysis of a light beam emitted by the sensor and received again after reflection on the liquid surface.

Andere Überlegungen zur Erfassung des Elektrolyt-Füllstandes richten sich auf das messtechnische Erfassen von unterschiedlichen Helligkeitsverteilungen zwischen dem mit Elektrolyt gefüllten Bereich und dem übrigen (d.h. von Elektrolyt freien) Bereich einer Akkumulatorzelle sowie das messtechnische Erfassen von Gewichtsveränderungen, aus denen Rückschlüsse auf die Menge des durch Ausgasen verlorenen Elektrolyten gezogen werden können. Diese Ansätze haben sich jedoch als eher ungenau und damit wenig praxistauglich erwiesen.Other considerations for the detection of the electrolyte level are based on the metrological detection of different brightness distributions between the area filled with electrolyte and the remaining (i.e. electrolyte-free) area of a battery cell as well as the metrological detection of weight changes, from which conclusions can be drawn about the amount of Outgassing lost electrolytes can be drawn. However, these approaches have proven to be rather imprecise and therefore not very practical.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stopfen für das Gehäuse einer mit einem wässrigen Elektrolyt befüllbaren Akkumulatorzelle mit einem Sensor zum Erfassen der Füllstandshöhe des Elektrolyten in der Akkumulatorzelle sowie einen Akkumulator mit einem solchen Stopfen bereitzustellen, welche eine einfachere Wartung und einen kostengünstigeren Betrieb von Batterieanlagen ermöglichen.The invention is therefore based on the object of providing a plug for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte, with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell, and an accumulator with such a plug, which enables easier maintenance and more cost-effective operation of Enable battery systems.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Einbauraum zum seitlichen Einführen des Trägerelementes in den Stopfen in dessen im Gehäuse eingebauten Zustand eingerichtet ist. Auf dieser Weise können der Sensor bzw. das Trägerelement in den Stopfen ein- bzw. ausgebaut werden, ohne dass hierzu der Stopfen vom Gehäuse des Akkumulators abgenommen werden müsste. Der Stopfen weist einen von einer Entgasungsöffnung getrennten Einbauraum für den Sensor auf, der zur Aufnahme eines Trägerelementes eingerichtet ist, auf welchem der Sensor befestigbar ist, und dessen Mess-Öffnung den Einbauraum mit einer zum Innenraum des Gehäuses ausgerichteten Unterseite des Stopfens verbindet. Auf diese Weise können Sensoren unterschiedlicher Technologie in einfacher Weise in den erfindungsgemäßen Stopfen integriert werden, ohne dass konstruktive Änderungen am Stopfen erforderlich wären. So könnten beispielweise neben Füllstandssensoren auch andere Sensoren zur Erfassung der physikalischen Beschaffenheit des Elektrolyten (wie z.B. Säuredichte oder Temperatur) ohne konstruktive Änderungen am Stopfen zur Anwendung gebracht werden, beispielsweise an weiteren Öffnungen einer Akkumulatorzelle. Zudem ist eine Füllstands-Überwachung des Elektrolyten in der Batteriezelle bzw. Akkumulatorzelle ermöglicht, ohne dass hierzu der Stopfen vom Gehäuse abgenommen bzw. entfernt werden müsste. Zugleich kann aber auch der in der Batterie- bzw. Akkumulatorzelle entstehende Wasserstoff über eine eigenständige Entgasungsöffnung durch den geschlossenen Stopfen hindurch ausgasen. Die Sensorik ist über eine Datenübertragungseinrichtung mit einer Auswerte-Elektronik verbunden. In besonders bevorzugter Weise sind die Datenübertragung auf Funkbasis ausgeführt und die Auswerte-Elektronik fernabfragbar. Auf diese Weise können die Elektrolyt-Füllstände in den einzelnen Batteriezellen eines Akkumulators von einem zentralen Arbeitsplatz, der räumlich entfernt vom Standort der Batterieanlage angeordnet sein kann, individuell protokolliert, analysiert und überwacht werden. Bei Erreichen vordefinierbarer Schwellwerte kann dann ein manuelles Nachfüllen von Elektrolyt-Flüssigkeit durch Bedienpersonal vom zentralen Überwachungs-Arbeitsplatz aus disponiert werden. Zudem wird durch Ergänzung des erfindungsgemäßen Stopfens um geeignete Messsensoren ein Monitoring weiterer betriebsrelevanter Eigenschaften der Batteriezellen (z.B. Temperaturen, Säuregehalt etc...) ermöglicht. Die „Unterseite“ des Stopfens bezeichnet in diesem Zusammenhang diejenige Seite des Stopfens, die bei dessen bestimmungsgemäßen Gebrauch in Richtung auf den Innenraum des Gehäuses ausgerichtet ist.This is achieved according to the invention in that the installation space is set up for the lateral introduction of the carrier element into the stopper when it is installed in the housing. In this way, the sensor or the Carrier element can be installed or removed from the plug without the plug having to be removed from the housing of the accumulator for this purpose. The plug has an installation space for the sensor, which is separate from a degassing opening and which is designed to accommodate a carrier element on which the sensor can be fastened, and whose measuring opening connects the installation space with an underside of the plug facing the interior of the housing. In this way, sensors of different technology can be easily integrated into the stopper according to the invention, without design changes to the stopper being required. For example, in addition to level sensors, other sensors for detecting the physical properties of the electrolyte (such as acid density or temperature) could be used without constructive changes to the stopper, for example to other openings in a battery cell. In addition, filling level monitoring of the electrolyte in the battery cell or accumulator cell is made possible without the stopper having to be removed or removed from the housing for this purpose. At the same time, however, the hydrogen produced in the battery or accumulator cell can also outgas through the closed plug via an independent degassing opening. The sensor system is connected to evaluation electronics via a data transmission device. In a particularly preferred manner, the data transmission is carried out on a radio basis and the evaluation electronics can be queried remotely. In this way, the electrolyte fill levels in the individual battery cells of an accumulator can be individually logged, analyzed and monitored from a central workstation, which can be arranged spatially remote from the location of the battery system. When predefinable threshold values are reached, manual refilling of electrolyte liquid can then be scheduled by operating personnel from the central monitoring workstation. In addition, by adding suitable measuring sensors to the plug according to the invention, it is possible to monitor further properties of the battery cells that are relevant for operation (for example temperatures, acid content, etc.). In this context, the “underside” of the stopper refers to the side of the stopper which, when used as intended, is oriented towards the interior of the housing.

Die Erfindung sieht ferner vor, dass der Einbauraum mittels einer transparenten Abdeckung gegen die Mess-Öffnung abgeschlossen ist. Auf diese Weise ist die Gas-Dichtheit der Mess-Öffnung in besonders einfache Weise gewährleistet.The invention also provides that the installation space is closed off from the measuring opening by means of a transparent cover. In this way, the gas-tightness of the measuring opening is ensured in a particularly simple manner.

Ferner ist die Entgasungsöffnung des Stopfens mittels eines an sich bekannten Verschlussstücks verschließbar. Dabei hat das Verschlussstück in besonders bevorzugter Weise dieselbe Größe bzw. Dimensionierung wie die Öffnung im Gehäuse der Akkumulatorzelle. Dies ermöglicht eine besonders einfache Nachrüstung von Akkumulatoren mit erfindungsgemäßen Stopfen, wobei das bereits vorhandene Verschlussstück beibehalten werden kann und der erfindungsgemäße Stopfen lediglich als Zwischenstück zwischen Gehäuse und ursprünglichem Verschlussstück eingefügt wird. Somit bietet sich ein erfindungsgemäßer Stopfen als Nachrüst-Lösung für vorhandene Akkumulatoren an, ohne dass die Funktionalität von deren bereits vorhandenen Verschlussstücken beeinträchtigt oder verändert wird.Furthermore, the vent opening of the stopper can be closed by means of a closure piece known per se. In a particularly preferred manner, the closure piece has the same size or dimensioning as the opening in the housing of the accumulator cell. This enables a particularly simple retrofitting of accumulators with stoppers according to the invention, wherein the already existing closure piece can be retained and the stopper according to the invention is merely inserted as an intermediate piece between the housing and the original closure piece. Thus, a stopper according to the invention offers itself as a retrofit solution for existing accumulators without the functionality of their existing closure pieces being impaired or changed.

In bevorzugter Weise sieht die Erfindung vor, dass der Sensor als laserbasierter Abstandssensor ausgeführt ist. Solche nach dem sog. LIDAR-Prinzip funktionierenden Sensoren sind in kleinen Baugrößen und kostengünstig verfügbar und benötigen einen nur kleinvolumigen Einbauraum im Stopfen.In a preferred manner, the invention provides that the sensor is designed as a laser-based distance sensor. Such sensors, which function according to the so-called LIDAR principle, are available in small sizes and inexpensively and only require a small-volume installation space in the stopper.

Die Erfindung betrifft ferner auch einen Akkumulator mit einem gemäß der vorgenannten Merkmale ausgeführten Stopfen.The invention also relates to an accumulator with a stopper designed in accordance with the aforementioned features.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

  • 1: schematische Ansicht einer mit einem erfindungsgemäßen Stopfen ausgerüsteten Akkumulatorzelle (im Querschnitt)
The present invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and the associated drawing. It shows
  • 1 : a schematic view of a battery cell equipped with a plug according to the invention (in cross section)

Der Akkumulator umfasst eine Mehrzahl von identisch aufgebauten Zellen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nur eine einzelne Zelle dargestellt ist. Ebenso sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die für den eigentlichen elektrochemischen Energieerzeugungsprozess notwendigen Bestandteile jeder Akkumulatorzelle, insbesondere deren Elektroden, in 1 nicht dargestellt. Somit reduziert sich die Darstellung des Akkumulators in 1 auf ein Gehäuse (2), dessen Innenraum (7) mit einem flüssigen Elektrolyt (3) gefüllt ist. Das Gehäuse (2) weist auf seiner Oberseite eine Öffnung auf, welche gemäß vorbekanntem Stand der Technik mit einem Verschlussstück (11) verschlossen ist. Ebenfalls gemäß vorbekanntem Stand der Technik kann ein solches Verschlussstück (11) für Kontroll- und Wartungszwecke entfernt werden, insbesondere zum Nachfüllen von Elektrolyt-Flüssigkeit. In erfindungsgemäßer Weise ist anstelle dieses Verschlussstücks ein erfindungsgemäßer Stopfen (1) eingesetzt, der in seinem Kontaktbereich mit dem Gehäuse (2) dieselben Abmessungen und Außenkonturen wie das Verschlussstück (11) aufweist. So kann der Stopfen (1) in diesem Bereich beispielsweise einen Renk- oder Bajonett-Verschluss aufweisen, mittels dem der Stopfen im Gehäuse befestigbar ist. Der Stopfen (1) ist über Gummidichtungen (12) gegen das Gehäuse (2) abgedichtet.The accumulator comprises a plurality of identically constructed cells, for reasons of clarity in FIG 1 only a single cell is shown. Likewise, for the sake of clarity, the components of each accumulator cell required for the actual electrochemical energy generation process, in particular its electrodes, are shown in 1 not shown. This reduces the representation of the accumulator in 1 on a housing ( 2 ), its interior ( 7th ) with a liquid electrolyte ( 3 ) is filled. The case ( 2 ) has an opening on its upper side, which according to the known state of the art with a closure piece ( 11 ) is closed. Also in accordance with the prior art, such a closure piece ( 11 ) can be removed for control and maintenance purposes, especially for topping up with electrolyte fluid. According to the invention, a stopper according to the invention ( 1 ) is used, which in its contact area with the housing ( 2 ) the same dimensions and outer contours as the locking piece ( 11 ) having. So the plug ( 1 ) have, for example, a bayonet or bayonet lock in this area, by means of which the plug can be fastened in the housing. The stopper ( 1 ) is about rubber seals ( 12 ) against the housing ( 2 ) sealed.

Der Stopfen (1) weist eine Entgasungsöffnung (10) sowie eine hierzu in etwa parallel angeordnete Mess-Öffnung (6) auf, wobei Entgasungs- und Mess-Öffnung vollständig voneinander getrennt sind. Die Mess-Öffnung (6) ist mittels einer transparenten Abdeckung (9), beispielsweise in Form eines dünnen Glasplättchens, gasdicht gegen Ausgasungen aus dem Elektrolyt abgedichtet. Die Mess-Öffnung (6) mündet an ihrem der Unterseite (8) des Stopfens gegenüberliegenden Ende in einen Einbauraum (4), welcher zur Aufnahme eines berührungslosen Elektrolyt-Füllstandssensors eingerichtet ist. Der eigentliche Sensor ist Bestandteil eines Trägerelements (5), welches über eine seitliche Öffnung in den Einbauraum (4) eingeschoben werden kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1 das Trägerelement (5) nur in generalisierter Form dargestellt. Der hierauf verbaute Sensor und die mit dem Sensor verbundene Vorrichtung zur Übertragung der Sensor-Daten an eine Auswerte-Elektronik sind in 1 nicht dargestellt. In eingebauter und betriebsfähiger Position ist das Trägerelement (5) derart in Bezug auf den Stopfen (1) positioniert, dass der Sensor über die Mess-Öffnung (6) ungehindert den Füllstandspegel des Elektrolyten erfassen kann. Die Erfindung sieht hierzu eine optische Abstandsmessung mittels Laserstrahlen nach dem sog. „Lidar“-Prinzip (Abkürzung für englisch: „light detection and ranging“) vor. Derartige Lidar-Sensoren weisen kleine Abmessungen auf und sind vorgefertigt und kostengünstig am Markt verfügbar. Der Einbauraum (4) ist derart angeordnet, dass dessen Öffnung auch im eingebauten Zustand des Stopfens frei zugänglich ist, so dass das Sensor-Trägerelement (5) schnell und einfach ein- und ausgebaut werden kann und eine ungehinderte funkbasierte Datenübertragung der Sensor-Daten an eine Auswerte-Elektronik möglich ist.The stopper ( 1 ) has a degassing opening ( 10 ) as well as a measuring opening arranged approximately parallel to this ( 6th ), the degassing and measuring openings being completely separated from each other. The measuring opening ( 6th ) is by means of a transparent cover ( 9 ), for example in the form of a thin glass plate, sealed gas-tight against outgassing from the electrolyte. The measuring opening ( 6th ) ends at the bottom ( 8th ) of the opposite end of the plug into an installation space ( 4th ), which is set up to accommodate a non-contact electrolyte level sensor. The actual sensor is part of a carrier element ( 5 ), which can be accessed through a side opening in the installation space ( 4th ) can be inserted. For the sake of clarity, in 1 the support element ( 5 ) only shown in generalized form. The sensor installed on this and the device connected to the sensor for transmitting the sensor data to evaluation electronics are in 1 not shown. In the installed and operational position, the support element ( 5 ) in relation to the plug ( 1 ) positioned so that the sensor is positioned over the measuring opening ( 6th ) can detect the level of the electrolyte unhindered. For this purpose, the invention provides for an optical distance measurement by means of laser beams according to the so-called “lidar” principle (abbreviation for “light detection and ranging”). Such lidar sensors have small dimensions and are prefabricated and available on the market at low cost. The installation space ( 4th ) is arranged in such a way that its opening is freely accessible even when the plug is installed, so that the sensor carrier element ( 5 ) can be installed and removed quickly and easily and unhindered radio-based data transmission of the sensor data to evaluation electronics is possible.

Die Entgasungsöffnung (10) ist mittels eines Verschlussstücks (11) und Gummidichtungen gegen die Umgebung abgeschlossen. Dabei ist der Stopfen (1) so gestaltet, dass das Verschlussstück (11) im Kontaktbereich zum Stopfen (1) dieselben Abmessungen und Konturen aufweist wie der Stopfen (1) im Kontaktbereich zum Gehäuse (2). Somit kann das Verschlussstück (11) auch unmittelbar, d.h. ohne erfindungsgemäßem Stopfen (1) in das Gehäuse (2) eingesetzt werden. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Stopfen in der Art eines Zwischenstücks an bereits vorhandenen Akkumulator-Gehäusen (2) mit durch Verschlussstücke geschlossenen Öffnungen ergänzt werden, ohne dass die Funktionalität dieser bereits vorhandenen Verschlussstücke verändert oder beeinträchtigt wird.The degassing opening ( 10 ) is by means of a locking piece ( 11 ) and rubber seals against the environment. The stopper ( 1 ) designed so that the locking piece ( 11 ) in the contact area to the plug ( 1 ) has the same dimensions and contours as the plug ( 1 ) in the contact area to the housing ( 2 ). Thus the locking piece ( 11 ) also directly, ie without the inventive plug ( 1 ) into the housing ( 2 ) can be used. In particular, the plug according to the invention can be used in the manner of an intermediate piece on existing accumulator housings ( 2 ) can be supplemented with openings closed by locking pieces without the functionality of these existing locking pieces being changed or impaired.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
StopfenPlug
22
Gehäusecasing
33
Elektrolytelectrolyte
44th
Einbauraum für Sensor-TrägerelementInstallation space for sensor carrier element
55
Sensor-TrägerelementSensor carrier element
66th
Mess-ÖffnungMeasuring opening
77th
Innenraum des GehäusesInterior of the case
88th
Unterseite des StopfensUnderside of the plug
99
transparente Abdeckungtransparent cover
1010
EntgasungsöffnungDegassing opening
1111
VerschlussstückLocking piece
1212
GummidichtungRubber seal

Claims (5)

Stopfen (1) für das Gehäuse (2) einer mit einem wässrigen Elektrolyt (3) befüllbaren Akkumulatorzelle mit einem Sensor zum Erfassen der Füllstandshöhe des Elektrolyten (3) in der Akkumulatorzelle, wobei der Stopfen (1) einen von einer Entgasungsöffnung (10) getrennten Einbauraum (4) für den Sensor aufweist, dessen Mess-Öffnung (6) den Einbauraum (4) mit einer zum Innenraum (7) des Gehäuses (2) ausgerichteten Unterseite (8) des Stopfens (1) verbindet und der zur Aufnahme eines Trägerelementes (5) eingerichtet ist, auf welchem der Sensor befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauraum (4) zum seitlichen Einführen des Trägerelementes (5) in den Stopfen (1) in dessen im Gehäuse (2) eingebauten Zustand eingerichtet ist.Stopper (1) for the housing (2) of an accumulator cell which can be filled with an aqueous electrolyte (3) and has a sensor for detecting the level of the electrolyte (3) in the accumulator cell, the stopper (1) separating one from a degassing opening (10) Has installation space (4) for the sensor, the measuring opening (6) of which connects the installation space (4) with an underside (8) of the plug (1) facing the interior (7) of the housing (2) and which is used to accommodate a carrier element (5) is set up on which the sensor can be fastened, characterized in that the installation space (4) is set up for the lateral introduction of the carrier element (5) into the plug (1) in its installed state in the housing (2). Stopfen (1) für das Gehäuse (2) einer mit einem wässrigen Elektrolyt (3) befüllbaren Akkumulatorzelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauraum (4) mittels einer transparenten Abdeckung (9) gegen die Mess-Öffnung (6) abgeschlossen ist.Plug (1) for the housing (2) of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte (3) Claim 1 , characterized in that the installation space (4) is closed off from the measuring opening (6) by means of a transparent cover (9). Stopfen (1) für das Gehäuse (2) einer mit einem wässrigen Elektrolyt (3) befüllbaren Akkumulatorzelle nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsöffnung (10) des Stopfens (1) mittels eines Verschlussstücks (11) verschließbar ist.Stopper (1) for the housing (2) of an accumulator cell which can be filled with an aqueous electrolyte (3) according to one of the Claims 1 to 2 , characterized in that the degassing opening (10) of the stopper (1) can be closed by means of a closure piece (11). Stopfen (1) für das Gehäuse (2) einer mit einem wässrigen Elektrolyt (3) befüllbaren Akkumulatorzelle nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als laserbasierter Abstandssensor ausgeführt ist.Stopper (1) for the housing (2) of an accumulator cell which can be filled with an aqueous electrolyte (3) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the sensor is designed as a laser-based distance sensor. Akkumulator, umfassend mindestens einen nach einem der Patentansprüche 1 bis 4 ausgeführten Stopfen.Accumulator comprising at least one according to one of Claims 1 to 4th executed plug.
DE102019110746.6A 2019-04-25 2019-04-25 Stopper for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell and accumulator with a stopper Active DE102019110746B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019110746.6A DE102019110746B3 (en) 2019-04-25 2019-04-25 Stopper for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell and accumulator with a stopper

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019110746.6A DE102019110746B3 (en) 2019-04-25 2019-04-25 Stopper for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell and accumulator with a stopper

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019110746B3 true DE102019110746B3 (en) 2020-10-15

Family

ID=72613756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019110746.6A Active DE102019110746B3 (en) 2019-04-25 2019-04-25 Stopper for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell and accumulator with a stopper

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019110746B3 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3737545A1 (en) * 1987-02-13 1988-08-25 Ludwiczak Volker Device for checking the acid level in accumulator batteries (rechargeable batteries)
DE3909871A1 (en) * 1989-03-25 1990-09-27 Varta Batterie DEGASSING PLUG FOR A LEAD ACCUMULATOR
DE202013100833U1 (en) * 2013-02-26 2014-06-04 Sick Ag Optoelectronic sensor for determining a level of a medium in a container

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3737545A1 (en) * 1987-02-13 1988-08-25 Ludwiczak Volker Device for checking the acid level in accumulator batteries (rechargeable batteries)
DE3909871A1 (en) * 1989-03-25 1990-09-27 Varta Batterie DEGASSING PLUG FOR A LEAD ACCUMULATOR
DE202013100833U1 (en) * 2013-02-26 2014-06-04 Sick Ag Optoelectronic sensor for determining a level of a medium in a container

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2989667B1 (en) Electrochemical storage device with status detector
DE4411289A1 (en) Multi-cell storage battery e.g for electric road vehicle
DE102011054775A1 (en) Battery e.g. valve-controlled battery has gas pressure equalization system which is provided with common gas collection chamber connected with each cell of battery through valve, and vent valve is provided for degassing the chamber
DE102013216076A1 (en) Battery cell and battery system with at least one battery cell
DE102014101641B4 (en) Passive temperature monitoring devices for a compressed fuel gas tank, and system and method for detecting a change in temperature
DE102013014903A1 (en) Battery with means for removing leaked coolant from the inside of the battery case
DE102014100551A1 (en) METHOD FOR THE PROCESS-COMBINED DETECTION OF A CLADDING PULSE IN A PRESSURE GAS STORAGE SYSTEM
DE102020109269A1 (en) Monitoring device
DE102019110746B3 (en) Stopper for the housing of an accumulator cell that can be filled with an aqueous electrolyte with a sensor for detecting the level of the electrolyte in the accumulator cell and accumulator with a stopper
DE102008006920B4 (en) Safe electrical storage
DE202007006710U1 (en) Laser screen and monitoring assembly for high power laser has straight or parabolic liquid container with electrodes
DE102012021095A1 (en) Battery i.e. lithium-ion-battery, for vehicle e.g. electric vehicle, has inlet staying in fluid connection with inner area of housing, and evaluation device outputting command for opening control valve during exceeding of threshold value
DE102021203706A1 (en) Procedure for testing the insulation of an electrical energy storage device
DE4207117C1 (en)
EP3005444B1 (en) Pressure-equalising system with safety function for an electrolyte tank
DE2344991C3 (en) Device for monitoring the electrolyte level in a battery
EP0289705B1 (en) Primary galvanic cell with alkaline electrolytes dischargeable at a high temperature
DE202007011399U1 (en) Battery Monitoring System
DE202018106655U1 (en) A level detecting device and system comprising a level detecting device
DE102016219840B4 (en) Battery cell with temperature sensor
DE2622245A1 (en) Discharge state indicator for sulphur sodium cells - with voltmeter across auxiliary anode and sulphur cathode
DE1152454B (en) Lead accumulator, which contains mercury to accelerate the consumption of oxygen, with preferably liquid electrolyte and a gas consumption electrode
DE10109152A1 (en) Measurement of fluid or loose material level in a container using a capacitive sensor and an alternating voltage supply with the filling material acting as the second capacitor plate so an additional plate is not required
DE102013017067A1 (en) A rechargeable battery having a leaked electrolyte detection means and a leaked electrolyte detection method
DE3737545A1 (en) Device for checking the acid level in accumulator batteries (rechargeable batteries)

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R018 Grant decision by examination section/examining division
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002360000

Ipc: H01M0050600000

R020 Patent grant now final