DE1061399B - Akkumulatorenbatterie, die waehrend ihrer Entladung in feuergefaehrlicher Atmosphaere benutzt wird - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Manche Akkumulatorenbatterien großer Kapazität, z. B. die an Bord von Unterseeboten oder für Lokomotiven für die elektrische Zugförderung in Bergwerken benutzten, müssen sehr strengen Sicherheitsvorschriften bezüglich der Isolation genügen. Die Ladung solcher Batterien muß unter guten Lüftungsbedingungen vor sich gehen, aber man muß auch vermeiden, daß die Gase, insbesondere der Wasserstoff, die im A^erlauf der Entladung frei werden sollten, nach außen dringen können und dort bei Funkenbildung Explosionen hervorrufen.

Zu diesem Zweck hat man schon \'orgeschlagen, insbesondere in den Fällen, in denen Alkaliakkumulatoren verwendet: werden, die Batterien nach erfolgter Ladung dicht abzuschließen, weil Batterien dieses Typs während der Entladung praktisch kein Gas abgeben.

Dieses Vorgehen bietet nur eine unzureichende Sicherheit, denn die Batterien besitzen zahlreiche in Reihe geschalteten Elemente, um eine brauchbare Spannung abgeben zu können. Da nun die Kapazität aller dieser Zellen nicht genau die gleiche ist, kann es gegen Ende der Entladung vorkommen, daß ein oder mehrere vollständig entladene Zellen durch die anderen Zellen, die noch Strom abgeben können, zur umgekehrten Ladung gelangen, also umgepolt werden. Nun ist es aber allgemein bekannt, daß diese Zellen dabei reichlich Wasserstoff abgeben.

Die Vorsichtsmaßnahme, die darin besteht, die Akkumulatoren nach beendeter Ladung möglichst dicht zu verschließen, birgt die Gefahr in sich, daß im Falle der Umpolung einzelner Zellen ein sehr _hoher Druck entsteht und eine Deformation ihrer Behälter herbeigeführt wird, die bis zur Zerstörung der Zellen gehen kann.

Zur Vermeidung dieser Gefahr hat man schon vorgeschlagen, das Innere der Zollen mit der Atmosphäre durch Kanäle in Form von schmalen Schlitzen oder durch Sicherheitsnetze in Verbindung zu bringen, welche die Fortpflanzung einer im Innern der Batterie entstandenen Explosion von Gasen nach außen verhindern können.

Eine solche Lösung bringt Nachteile mit sich. Sie kann nämlich tatsächlich doch nicht das Hinausdringen von Gasen nach außen verhindern und außerdem ist die Dimensionierung der Kanäle in Form von Schlitzen, welche in der Lage sind, die Fortpflanzung einer Flamme aufzuhalten, sehr bedenklich; eine solche Einrichtung bietet daher keine absolute Sicherheit gegenüber den Gefahren einer Zündung der in der Luft enthaltenen Gase oder Dämpfe (Schlagwetter, Petroleumdämpfe usw.).

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Akkumulatorenbatterien, die eine vollkommene Sicherheit Akkumulatorenbatterie,

die während ihrer Entladung

in feuergefährlicher Atmosphäre

benutzt wird

Anmelder:

Societe des Accumulateurs

Fixes et de Traction Soc. An.,

Romainville, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. H.Leinweber, Patentanwalt,
München 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 23. März 1957

gegen Explosion durch Funkenbildung oder gegen eine Fortpflanzung einer Explosionsflamme nach außen bietet.

Gemäß der Erfindung sind die Akkumulatorenzellen, welche die Batterie bilden, im Innern eines dichten Behälters offen angeordnet, der in seinem oberen Teil durch eine verschließbare öffnung mit der Atmosphäre verbunden ist. Dieser Behälter enthält in seiner Wandung ein druckempfindliches Meßgerät, und alle Hohlräume im Innern dieses Behälters einschließlich der unausgefüllten Räume in den Zellengehäusen sind mit einer dielektrischen Flüssigkeit angefüllt.

Die Batterie wird bei geöffnetem Abschlußorgan geladen; dies ermöglicht das freie Entweichen der Gase während der Dauer der Ladung. Nach beendeter Ladung wird das Abschlußorgan geschlossen, so daß die Entladung der Batterie bei geschlossenem Behälter vor sich geht.

Beginnt sich dann am Ende der Entladung und bei geschlossenem Abschlußorgan eine anomale Gasentwicklung in einer der Zellen der Batterie einzustellen, dann zeigt das druckempfindliche Meßgerät sofort diese Gasentwicklung an.

Nun weiß man aber, daß sich in manchen Akkumulatoren das Volumen des Elektrolyten im gelade-

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nen Zustand gegenüber dem Volumen im entladenen Zustand ändert. Deshalb steht der Behälter bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in seinem unteren Teil mit einem abgeschlossenen Raum (Kompensationskammer) in Verbindung, der mit einem Gas angefüllt ist, das durch die Änderung seines \^olumens die Änderung des Volumens des Elektrolyten zuläßt.

• Man weiß ferner, daß bei alkalischen Akkumulatoren das Volumen des Elektrolyten im Verlauf der Entladung abnimmt. Infolgedessen befindet sich der Behälter durch das Vorhandensein dieser 'Kompensationskammer im Verlauf der normalen Entladung fortschreitend unter Unterdruck. Andererseits bringt das Volumen der entwickelten Gase, wenn eine der Zellen anfängt, sich umzupolen, das Innere des Behälters allmählich auf Überdruck, derart, daß das auf diesen Überdruck ansprechende Organ in der Lage ist, diesen anomalen Betriebszustand anzuzeigen.

Die nun folgende Beschreibung, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird, erläutert an einem Ausführungsbeispiel, in welcher Weise der Erfindungsgegenstand praktisch ausgeführt werden kann. Die Zeichnung zeigt eine Akkumulatorenbatterie, die nach den Lehren der Erfindung aufgebaut ist und z. B. für eine Bergwerkslokomotive bestimmt ist.

Die Batterie umfaßt eine bestimmte Anzahl von Akkumulatorenzellen großer Kapazität, die in Reihe geschaltet sind und jeweils aus einem am oberen Ende offenen Zellengehäuse 1 bestehen, in dessen unterem Teil die Plattensätze 2 angeordnet sind. Die positiven bzw. negativen Platten eines jeden Blocks sind an Klemmen 3 angeschlossen, die am oberen Teil des Zellengehäuses angebracht sind und bis auf die Ausgangsklemmen 4 und 5 der Batterie in Reihe geschaltet sind. An die Klemmen 4 und 5 werden die Strom \^rerbrauchenden Geräte angeschlossen. In jedem Gehäuse befindet sich eine bestimmte Menge eines Elektrolyten 6.

Die einzelnen Zellen stehen auf dem Boden eines Behälters 7 mit sehr festen Wänden, der durch einen schrägliegenden Deckel 8 abgeschlossen ist. Der Behälter 7 läuft nach oben in einen schornsteinähnlichen Abzug 9 aus, der mit Hilfe eines Schiebers oder eines Ventils 10 verschlossen Averden kann und in ein Ausdehnungsgefäß 11 mündet, welches über eine mit einem Filter 12 versehene Öffnung mit der Außenluft in Verbindung steht.

Eine Rohrleitung 13 verbindet: den unteren Teil des Behälters mit einer Kompensationskammer 14, die an ihrem oberen Ende durch ein Ventil 16 geschlossen werden kann, das seine Fortsetzung in einem Einfülltrichter 15 findet. Schließlich ermöglicht ein drittes Ventil 21 die Entleerung des Behälters.

Sind die Ventile 10 und 16 geöffnet und befindet sich das Innere des Behälters gegebenenfalls unter Unterdruck, dann kann der Behälter 7 mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt werden, deren Dichte geringer ist als die Dichte des Elektrolyten 6 und weder mit dem Elektrolyten emulgieren noch irgendein Bauelement der Batterie angreifen kann. Diese Flüssigkeit kann vorteilhafterweise _% ein Mineralöl sein.

Unter der Annahme, die Batteriezellen wären geladen, spielt sich der Pegelstand des Elektrolyten in diesen Zellen im Mittel auf IV₁ ein. Die in die Einrichtung eingeführte dielektrische Flüssigkeit füllt dann sämtliche Hohlräume in dem Behälter vollständig aus, kommt in Berührung mit den Niveauflächen AT₁ in den Gehäusen 1, spielt sich auf ein bestimmtes Niveau JV₂ ein und läßt auf diese Weise den Raum 17 in dem Expansionsgefäß 11 und den Raum 18 in der Kompensationskammer 14 leer. Die Ventile 10 und 16 werden dann geschlossen und die Batterie kann in Betrieb genommen werden.

Während der Entladung fällt das mittlere Niveau N₁ des Elektrolyten in den einzelnen Zellen allmählich bis auf den Pegel N₃ herab; diese Niveauänderung wird durch den Zufluß von Flüssigkeit aus der

ίο Kompensationskammer ermöglicht, deren Spiegel auf N₄ absinkt.

Bei normaler Entladung der alkalischen Akkumulatoren befindet sich der aus dem Behälter und der Kompensationskammer gebildete Raum unter einem Unterdruck. Ein Manometer 19 in der Wand des Behälters ist so angeordnet, daß es für den Bedienungsmann immer sichtbar ist und zeigt das Vorhandensein dieses Unterdruckes an. Spielt sich die Entladung der Batterie in normaler Weise ab, dann muß der von dem Manometer 19 angezeigte Unterdruck allmählich zunehmen. Das \^orhandensein einer Gasentwicklung wird durch die Umkehrung des Sinnes des Ausschlags des Manometerzeigers sofort angezeigt.

Sind die Bedingungen bei jedem Zyklus der Ladung und Entladung einander ähnlich, dann gibt das Manometer jeweils Auskunft über die Ladung, welche die Batterie in jedem Augenblick ihrer Benutzung noch aufweist.

Aus Sicherheitsgründen kann noch ein weiterer Druckmesser 20 vorgesehen sein, der beispielsweise einen elektrischen Kontakt zur Betätigung einer Warnanlage schließen kann, wenn der Überdruck im Innern des abgeschlossenen Raumes einen vorher bestimmten Wert überschreitet. Dieser gefährliche Überdruck kann so gewählt werden, daß er etwas über Atmosphärendruck liegt, so daß die Warnanlage während der normalen Ladevorgänge der Batterie nicht in Tätigkeit tritt.

Um die Wiederaufladung der Batterie vornehmen zu können, wird das Ventil 10 geöffnet, und die bei der Ladung gegebenenfalls frei werdenden Gase können durch den Abzug 9 und das Filter 12 entweichen. Ist die Ladung dann beendet und nach Ablauf einer gewissen Zeit der Ruhe, die erforderlich ist, damit in den Akkumulatorenzellen etwa noch vorhandene Gase entweichen können, wird das Ventil 10 geschlossen, und die Batterie ist von neuem zur Benutzung bereit.

Offensichtlich ist es erforderlich, daß das Volumen der Kompensationskammer größer ist als der Betrag der Änderung des Volumens des Elektrolyten zwischen den Perioden der Ladung und Entladung und daß die in dem Ausdehnungsgefäß vorhandene Flüssigkeitsmenge zum mindesten ebenso groß ist wie der Betrag dieser Volumenänderung. Das Filter 12 dient dazu, zu verhindern, daß die dielektrische Flüssigkeit durch das Eindringen von Fremdkörpern verdorben wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Akkumulatorenbatterie, die während ihrer Entladung in feuergefährlicher Atmosphäre benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die oben offenen Zellengehäuse (1) dieser Batterie auf dem Boden eines dichten Behälters (7) stehen, der in seinem oberen Teil über eine verschließbare Öffnung (9) mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht und in dessen Wandung ein druckempfindliches Meßgerät (19) angeordnet ist und

sämtliche Hohlräume in dem Behälter einschließlich der freien Räume in den Zellengehäusen (1) mit einer neutralen dielektrischen Flüssigkeit angefüllt sind, deren Dichte kleiner ist als diejenige des Elektrolyten in den Zellen.

2. Akkumulatorenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (7) in seinem unteren Teil mit einer vertikalen, in ihrem oberen Teil verschließbaren Kompensationskammer (14) verbunden ist.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über der im oberen Teil des Behälters (7) angebrachten verschließbaren öffnung (9) ein Ausdehnungsgefäß (11) angeordnet ist.

4. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsgefäß (11) unter Zwischenschaltung eines Filters (12) Verbindung nach außen hat.

5. Batterie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil der Wandung des abgeschlossenen Raumes, der von dem Behälter (7) und der Kompensationskammer (14) gebildet ist, ein druckempfindliches Meßgerät (20) zur Betätigung einer Warnanlage angebracht ist.

6. Batterie nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (7) einen schrägliegenden oberen Abschlußdeckel (8) aufweist, dessen Steigung auf die öffnung (9) im oberen Teil des Behälters zuläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen