DE1144799B - Akkumulatoren oder Akkumulatoren-batterien, bei denen wenigstens Gruppen von Elektroden und Scheidern voneinander getrennt gehalten werden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 34673 VIb/21b

AN ME LDETAG: 4. AUGUST 1953

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 7. MÄRZ 1963

Es ist bereits bekannt, bei Akkumulatorenbatterien mehrere Zellen mit starren Wandungen in einem gemeinsamen Gehäuse, Käfig od. dgl. getrennt voneinander so gegen die Wände abzustützen und zu verkeilen, daß sie miteinander nicht mehr in Berührung stehen. Man hat auch schon solche Gehäuse innen mit Rippen od. dgl. zum Halten der Einzelzellen versehen. Das Gehäuse usw. stellt hierbei für die einzelnen Akkpmulatorzellen eine gemeinsame Umhüllung dar, wobei die Zellen durch die Keile, Rippen od. dgl. gegeneinander gesichert werden. Auch ist schon zum Aneinanderbefestigen von Einzelzellen die Benutzung von Durchsteckbolzen und ähnlichen Haltemitteln beschrieben worden.

Auch ist das Einsetzen von Gruppen einzelner alkalischer Akkumulatorzellen in eine Flüssigkeit schon bekanntgeworden, wobei man diese EinzelzeUen unter Zwischenlegung von Hartgummischeiben in Körbe setzte und mit diesen Körben in einen äußeren flüssigkeitsgefüllten Behälter stellte. Hierbei diente als Füllung für die Außenbehälter öl zu dem Zwecke, um Kurzschlüsse der eingesetzten EinzelzeUen durch auftretende Salzinkrustierungen zu verhüten. Da hierbei das öl die Zellen ganz umgab, mußte man die Körbe mit den Einzelzellen zum Aufladen jedesmal aus dem Außenbehälter herausnehmen. Diese Anordnung ermöglichte jedoch keine wirksame und genau regelbare Kühlung der einzelnen Zellen, weil sie keine getrennten Flüssigkeitswege vorsah und die freien Räume zwischen dem Außenbehälter und den inneren Zellen auch viel zu klein und zwischen den Einzelzellen überhaupt keine freien Räume vorhanden waren. Abgesehen davon war auch das verwendete öl als schlechter Wärmeleiter gerade ungeeignet für die Erreichung einer Kühlwirkung.

In letzter Zeit sind nun Akkumulatoren bekanntgeworden, deren Zellen ständig geschlossen sind und in denen während ihres Betriebes die Entwicklung und Abgabe von Gasen nach außen vermieden wird. Solche Akkumulatoren zeichnen sich durch sehr große Leistung aus. Wesentlich bei ihnen ist, daß darin die Elektrodenplatten mit Scheidern dauernd ganz dicht beisammenliegen.

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Akkumulatoren, in denen sich die Verluste an elektrischer Energie als elektrochemische Umsetzungen äußern, die diese Energie absorbieren und die Entwicklung von Gasen zur Folge haben, treten bei den geschlossenen Akkumulatoren dieser Art die Verluste an elektrischer Energie in Gestalt von Wärme auf. Es ist folglich notwendig, die so entwickelte Wärme nach außen abzuleiten, um eine übermäßige Temperaturerhöhung der Akkumulatoren oder Akkumulatorenbatterien, bei denen wenigstens Gruppen von Elektroden und Scheidern voneinander
getrennt gehalten werden

Anmelder:

Societe des Accumulateurs Fixes et de
Traction, Romainville, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dr. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 5. August 1952 (Nr. 633 199 und Nr. 633 200)

Douchan StarrirnirovitQh, Paris,
ist als Erfinder ganannt worden

Akkumulatorenbatterien zu verhindern, die für ihren Betrieb schädlich sein würde.

Dies bereitet jedoch in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten, wenn man im großen mehrere Akkumulatorenzellen der erwähnten Art zu einer Batterie zusammenfassen will. Hierbei kommt es auf eine sehr feste Halterung und die Ermöglichung einer guten Kühlung aller Zellen an.

Die Kühlung von Akkumulatoren-Emzelzellen ist zwar an sich auch schon bekannt geworden, jedoch hat man hierbei für jede Einzelzelle gesonderte Kühlmittelzu- und -ableitungen benutzt.

Das Hauptziel der Erfindung ist deshalb eine Akkumulatorenbatterie, die einerseits eine leichte Abführung der im Innern der verschiedenen Batteriezellen entwickelten Wärme ermöglicht und bei der andererseits die verschiedenen Zellen in besonders sicherer und widerstandsfähiger Weise derart zusammengebaut sind, daß Wandverformungen und Aufblähungen der zusammengefaßten Gehäuse oder Behälter der einzelnen Zellen unmöglich sind, namentlich wenn solche Zellen allseits geschlossen sind.

Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, durch Zusammenpressen der Gehäusewände der Akkumulatoren eine dauernde innige Berührung der positiven und negativen Platten in jeder Zelle mit den Scheidern

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zwischen benachbarten Platten entgegengesetzter diesem Falle parallel miteinander verbundenen Zellen

Polarität sicherzustellen. sind dann tatsächlich nur ein einziger Akkumulator

Die Erfindung betrifft also Akkumulatoren oder mit großer Leistungsfähigkeit, in dem der zwischen Akkumulatorenbatterien, bei denen wenigstens Grup- den verschiedenen elementaren Zellen umlaufende pen von Elektroden und Scheidern voneinander ge- 5 Elektrolyt selbst die Kühlflüssigkeit darstellt,
trennt gehalten und gegen Quellung geschützt werden Außer dem festen, mechanischen Zusammenhalt und ein Kühlmittel die Zellen umspült und die da- der einzelnen Zellen in den Gittern bietet die vordurch gekennzeichnet sind, daß wenigstens die Grup- liegende Erfindung auch noch den Vorteil, daß die pen von Elektroden und Scheidern durch mehrere Zusammenfassung der Zellen zu einer Art Paket den voneinander getrennte, aus mit rechteckigen öfmun- io Zusammenbau erleichtert, Beschädigungen oder Fehgen versehenen, mechanisch festen und dicken, ge- ler dabei vermieden werden und die Möglichkeit einer lochten und ein Gitter mit gekreuzten Stäben darstel- · besonders genauen Regelung der Kühlung der einzellenden Platten gebildete, stufenweise, parallel ange- nen Zellen besteht. Diese Möglichkeit hat besondere ordnete und rechtwinklig zur Ebene der Platten lie- Bedeutung für gasdicht verschlossene Akkumulatorengende Rahmen umgeben und derart fest zusammen- 15 zellen, bei denen unter Umständen plötzlich sehr gehalten werden, daß der oder die Rahmen mit den große Wärmemengen auftrexen können,
eingesetzten Elektrodengruppen als Ganzes in die Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, so-Kühlflüssigkeit eingesetzt sind. Hierbei können die wohl dauernd einen ausreichenden Druck auf die Behälter aus isolierendem, nachgiebigem Werkstoff, einzelnen gasdicht verschlossenen und vorzugsweise die Rahmen dagegen aus Metall bestehen. 20 in nachgiebigen Behältern befindlichen Zellen auszu-

Dies wird zweckmäßig dadurch erreicht, daß man üben, übermäßiges Quellen der Scheider zu verhüten, in eine starre Halteplatte Öffnungen von solcher Form wie auch das ganze Paket der Einzelzellen übersicht- und Größe schneidet, daß sie wenigstens die Auf- lieh und einfach zusammenzubauen, um es im Benahme der Elektrodenplatten und Scheiderwände darfsfalle auch aus dem äußeren Gehäuse herauseiner jeden Zelle ermöglichen, und zwar so, daß die 25 nehmen zu können, und gleichzeitig die Kühlung beso ausgeschnittenen Halteplatten die Gestalt von sonders wirksam zu gestalten.

Kreuzgittern haben, deren Stäbe die Umrahmung Die Zeichnung erläutert die Durchführung der Er-

einer jeder Zelle bilden. findung.

Zweckmäßig werden mehrere solche Gitter im Ab- Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf ein Gitter mit einer

stand voneinander über die Höhe der Platten verteilt. 30 Anzahl von Öffnungen, in denen sich die Zellen be-

Diese Art des Zusammenbaues sichert einerseits die finden;

einzelnen Zellen gegen das Quellen der Scheider und Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine machen dadurch den Betrieb der ohne Gasentwick- Batterie, die aus Zellen besteht, die durch die in Fig. 1 lung arbeitenden Zellen im großen erst richtig mög- gezeigten Gitter zusammengehalten werden;
lieh, wobei es außerdem von besonderer Wichtigkeit 35 Fig. 3 zeigt im Schnitt einen mit Flüssigkeit geist, daß ein fließendes Kühlmittel zwischen den ver- füllten Behälter zur Aufnahme einer wie in Fig. 2 geschiedenen Zellen parallel zu der oder den Gitter- zeigten Akkumulatorenbatterie;
flächen umlaufen kann, wobei die Gitter selbst, wenn Fig. 4 a und 4 b zeigen Aufsichten der Gitterkreuze sie ausreichend wärmeleitfähig sind, noch außerdem in vergrößertem Maßstab;
zur Ableitung der Wärme beitragen können. 40 Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Gitterstab;

Jede der Zellen kann in einem Gehäuse einge- Fig. 6 zeigt eine Aufsicht auf ein anderes Gitter,

schlossen sein, z. B. in einer prismatischen, dünnen das zwei Zellen enthält, die in waagerechtem Schnitt

Umhüllung, die den zum Betrieb der Zelle erforder- gezeigt sind, und

liehen Elektrolyten enthält. In diesem Fall kann das Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf ein Gitter, in dessen

fließende Kühlmittel Luft sein, die zwischen diesen 45 Öffnungen sich drei Gruppen von im waagerechten

verschiedenen Gehäusen umläuft, oder eine Vorzugs- Schnitt gezeigten Platten und Trennwänden befinden,

weise isolierende Kühlflüssigkeit, ζ. B. Öl. Das in-Fig. 1 gezeigte Gitter 1 besteht aus einer

Bestehen die Gehäuse vorzugsweise aus isolieren- ebenen, rechtwinkligen Platte, in die rechtwinklige

dem, nachgiebigem Werkstoff, so können die Gitter Fenster 2 eingeschnitten sind, so daß in dieser Platte

aus Metall sein. Sind die Gehäuse dagegen aus 50 sich kreuzende Stäbe 3 entstehen. In jedes der

Metall, so können die Gitter aus isolierendem Werk- Fenster 2 kann eine Akkumulatorzelle 4 von ent-

stoff bestehen oder mit einem Isoliermittel umkleidet sprechender prismatischer Gestalt eingespannt wer-

sein. den, deren Gehäuse die Elektrodenplatten und die

Der natürliche oder künstliche Umlauf des fließen- Scheider umschließt und z. B. aus Polyäthylen oder den Kühlmittels geht dabei nur in paralleler Richtung 55 Stahlblech besteht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erzu den Gittern, wenn diese die Zellen eng umgeben. möglichen mehrere übereinander im Abstand vonein-Es ist aber auch möglich, die Gitterstäbe zu um- ander angeordnete Gitter 1 den mechanischen Zugehen, um einen senkrecht zur Ebene der Gitter ver- sammenhalt der verschiedenen Zellen 4 einer Batterie, laufenden Umlauf zu ermöglichen. Hierfür können wobei die angedeuteten Klemmen etwa über die Verdie den Rahmen bildenden Platten außer den recht- 60 bindungsleitungen 5 in Reihe geschaltet sind,
eckigen Öffnungen für die Aufnahme der Zellen noch Jede Zelle ist so eng umschlossen, daß ihr Gehäuse örtliche Aussparungen oder Bohrungen aufweisen. der Verformung widersteht, während die Luft frei Beide Kühlungsarten zeichnen sich durch besondere zwischen benachbarten Zellen umlaufen kann. Wenn Einfachheit aus. die Gitter aus Metall bestehen, wird die Wärme zum

Wenn man in die Gitteröffnungen nur die Platten 65 größten Teil durch die Gitterstäbe abgeleitet. Be-

und die Scheider der Zellen einsetzt, kann man auch stehen die Zellengehäuse aus Metall, so werden die

das gesamte Aggregat in ein einziges Gehäuse stellen, metallischen Gitterstäbe la, wie in Fig. 5 gezeigt, mit

das den Elektrolyten enthält. Die verschiedenen, in einem Isolierstoff Ib umkleidet, oder sie bestehen

auch ganz aus Isolierstoff. In allen diesen Fällen sind die Gehäuse der verschiedenen Zellen mechanisch miteinander verbunden und außerdem elektrisch voneinander isoliert.

Die ganze in Fig. 2 gezeigte Anordnung kann in einem metallischen Behälter 6 (Fig. 3) untergebracht werden, der eine gewisse Menge Öl enthält. Dieser Behälter ist außen mit Kühlrippen 7 versehen. Er kann außerdem einen Deckel 8 haben, durch den die Anschlußklemmen 9 der Batterie führen. Zur Vereinfachung können die Klemmen auch auf einer der Seitenwände des Behälters 6 angebracht sein.

Um die rasche Ableitung großer Wärmemengen zu ermöglichen, kann eine mechanisch betriebene Pumpe das öl durch einen hydraulischen, äußeren Kreislauf bewegen, der eine Kühlanlage enthält.

Um einen selbsttätigen oder künstlichen Umlauf des Kühlmittels in senkrechter Richtung durch die übereinander angeordneten Gitter 1 zu ermöglichen, können diese (Fig. 4 a) auch Durchbohrungen 10 oder versetzt zueinander angeordnete Aussparungen 11 (Fig. 4 b) enthalten. Wenn die Gitter ausreichend starr sind, können auch die in der gleichen Richtung liegenden Stäbe, wie in Fig. 6 gezeigt ist, bei 12 unterbrochen sein. Jede aus dem Gehäuse 13, den positiveo Platten 14, den negativen Platten 15 und den Scheidern 16 bestehende Zelle wird so quer zu den Platten 14,15 durch fortlaufende Stäbe und parallel zu den Platten durch unterbrochene Stäbe 17 gehalten. Die Gefahr der Ausbeulung der Zellen ist quer zu den Platten am größten und wird so vermieden; die Platten werden in inniger Berührung mit den Scheidern gehalten, und der Umlauf des Kühlmittels um die Zellenkammer wird erleichtert.

Die Fig. 1 bis 6 betreffen Batterien mit in Reihe geschalteten, einzelnen Zellen.

Fig. 7 zeigt eine Parallelschaltung von Einzelzellen.

In diesem Fall sind die Platten 14, 15 und die Scheider 16 einer jeden Zelle unmittelbar in den Fenstern 2 der Gitter angeordnet; gegebenenfalls werden bei leitfähigen Gittern noch Isolierplatten 18 dazwischengelegt. Alle Platten 14 und 15 sind, wie schematisch durch die Leiter 19 und 20 angedeutet wird, miteinander verbunden. Die ganze Anordnung wird in einen den Elektrolyten enthaltenden Behälter gesetzt; der Elektrolyt selbst stellt hier das Kühlmittel dar.

Die in diesem Fall verwendeten Gitter bestehen vorzugsweise aus Metall, und ihr äußerer Rand ist vorteilhafterweise z. B. durch Verlötung mit der Gehäusewand verbunden, die gleichfalls aus Metall besteht und vorzugsweise wie in Fig. 3 mit Kühlrippen versehen ist. Man verstärkt also die durch den Umlauf des Elektrolyten erreichte Kühlung durch die Kühlwirkung der wärmeableitenden Gitter.

Man kann auf diese Weise Batteriezellen mit sehr großer Kapazität herstellen, insbesondere geschlossene Zellen, in denen die Gefahr übermäßiger Wärmesteigerungen während der Überladung ganz ausgeschaltet ist.

Wenn man die Zellen mit ihren Gehäusen in Behälter einsetzt, die nichtelektrolytische Kühlmittel enthalten und auch nicht in Berührung mit dem Elektrolyten der Zellen stehen, können diese Behälter aus Leichtmetall sein, z. B. aus Aluminium oder Magnesium. Stehen die Behälter aber mit dem Elektrolyten in Berührung, so müssen sie gegen dessen chemische Einwirkung widerstandsfähig sein; für alkalische Elektrolyte nimmt man etwa Behälter aus Stahl oder Kupfer.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   !.Akkumulatoren oder Akkumulatorenbatterien, bei denen wenigstens Gruppen von Elektroden und Scheidern voneinander getrennt gehalten und gegen Quellung geschützt werden und eine Kühlflüssigkeit die Zellen umspült, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens die Gruppen von Elektroden und Scheidern durch mehrere voneinander getrennte, aus mit rechteckigen Öffnungen versehenen, mechanisch festen und dicken, gelochten und ein Gitter mit gekreuzten Stäben darstellenden Platten gebildete, stufenweise, parallel angeordnete und rechtwinklig zur Ebene der Platten liegende Rahmen umgeben und derart fest zusammengehalten werden, daß der oder die Rahmen mit den eingesetzten Elektrodengruppen als Ganzes in die Kühlflüssigkeit eingesetzt sind.
2. 2. Akkumulatorenbatterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Elektroden und Trennplatten von einem Behälter umgeben ist, in dem sich Elektrolyt befindet und der nach außen hin durch den Rahmen bildende Gitterstäbe versteift ist.
3. 3. Akkumulatorenbatterien nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter aus Metall bestehen und mindestens die damit in Berührung kommenden Flächen des Rahmens elektrolytisch isoliert sind.
4. 4. Akkumulatoren oder Akkumulatorenbatterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rahmen bildende Platte außer den rechteckigen Öffnungen für die Aufnahme der Zellen noch örtliche Aussparungen oder Bohrungen aufweist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 466 799;

   französische Patentschriften Nr. 859 041, 659 335, 694508, 859118;

   britische Patentschriften Nr. 305 724, 505 048;

   USA.-Patentschriften Nr. 1 546 422, 1 969 070,
   273 244.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ι 309 538/110 2.63