DE1596268B2 - Plattenblock für einen Akkumulator oder eine Batterie sowie Einbau dieses Plattenblocks in einen Akkumulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenblock für einen Akkumulator oder eine Batterie, bestehend aus abwechselnd angeordneten Separator- und Elektrodenstreifen, die zu einem Wickel aufgewickelt sind, der durch Haltemittel in seiner Form gehalten ist.

Es ist eine Batterie bekannt (britische Patentschrift Nr. 661 642), deren Innenraum in eine Mehrzahl von konzentrischen Kammern unterteilt ist, in denen jeweils Separator- und Elektrodenstreifen zu einem Wikkel aufgewickelt sind, wobei diese Wickel jedoch durch die konzentrischen Wände der einzelnen Kammern räumlich voneinander getrennt sind.
Nachteilig hierbei ist, daß die Anordnung von Zwischenwänden konstruktiv aufwendig ist und, da die vorgefertigten Wickel in die konzentrischen Kammern von einer Seite aus eingeschoben werden müssen, es nicht möglich ist, eine dichte und feste Packung zwisehen den Elektroden und den Separatoren zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine dichte und feste Anordnung zwischen den Elektroden und Separatoren aufrechtzuerhalten, um so eine gleichmäßige Entladung und Ladung der Zelle sicherzustellen. Hierdurch werden die verschiedenen Streifen sicher in ihrer Endlage gehalten und die Elektrodenstreifen dauerhaft gegeneinander isoliert. Der erfindungsgemäße Akkumulator ist im wesentlichen schüttelsicher und kann in jeder Lage betätigt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Zelle gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Teilschnitt durch einen mittleren Teil gemäß Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht eines Trägers gemäß F i g. 1 und 2.

In F i g. 1 ist ein elektrischer Akkumulator bzw. eine Batterie dargestellt, die einen aus Metall hergestellten zylindrischen Behälter 1 aufweist, der an seinem oberen Ende durch einen aus Metall bestehenden Deckel 3 geschlossen ist. Der Behälter und der Deckel sind elektrisch leitend und sind gegeneinander durch eine isolierende Abdichtung 5 verbunden. Der Behälter hat einen im wesentlichen zylindrischen Mantel 6 und einen kreisförmigen Boden 7. Innerhalb des Behälters ist ein als Ganzes mit 9 bezeichnetes Elektrodenaggregat angeordnet, das eine positive Elektrode 11a und eine negative Elektrode 116 aufweist, die zu einem Wickel aufgewickelt und durch isolierende Separatoren 13 getrennt sind. Die positive Elektrode 11a ist elektrisch mit dem Mantel des Behälters über einen Leiter 15 verbunden. Die negative Elektrode 116 ist elektrisch mit dem Deckel 3 durch einen Leiter 17 verbunden. Zwischen dem Deckel 3 und einer aus Isoliermaterial bestehenden Abdeckscheibe 21 ist auf dem Oberteil des Elektrodenaggregats 9 ein Abstandsglied 19 angeordnet.

Der Plattenblock 9 weist einen Träger 23 auf, der vorzugsweise aus Isoliermaterial, wie beispielsweise Polypropylen, Nylon, Acrylharzen od. dgl. hergestellt ist. Der Träger hat eine kreisförmige Bodenscheibe 25 und einen Schaft 27, der sich von der Bodenscheibe aus erstreckt.

Der Schaft ist hohl, könnte jedoch auch massiv sein. Die kreisförmige Bodenscheibe ist so dimensioniert, daß sie in den Behälter paßt und gegen den Boden des Behälters anliegt Die Achse X-X aes Schaftes fällt mit der Mittelachse des Behälters 1 zusammen. Der Querschnitt des Schaftes 27 hat eine Spiralform, wie dies in F i g. 2 und 3 angedeutet ist, so daß sich in einer radia-Ien Ebene eine Schulter 33 ergibt, die sich über die ganze Länge des Schaftes erstreckt. Diese Schulter hat vorzugsweise zwei Stirnflächen 35 und zwei Ausnehmungen 37, die sich über die ganze Länge erstrecken.

Eine der Stirnflächen ist an der radial äußeren Kante der Schulter.

Die Elektrode 11a besteht beispielsweise aus einem flexiblen, aufwickelbaren Nickelstreifen, während die Elektrode Hb aus einem flexiblen, aufwickelbaren, beispielsweise aus Cadmium bestehenden Streifen hergestellt ist. Die Separatoren 13 bestehen aus flexiblen, aufwickelbaren Isolierstreifen, wie sie üblicherweise bei derartigen Wickelakkumulatoren verwendet werden. Die beiden Separatoren und die beiden Elektroden werden um den Schaft herumgewickelt, wobei die Separatoren abwechselnd an den Elektroden angeordnet sind. In einem aus Separatoren und Elektroden bestehenden Wickel ist ein erster Separator 13 dicht neben dem Schaft 27, anschließend folgt die negative Elektrode Wb, dann ein zweiter Separator und schließlich die positive Elektrode 11a. Diese Folge wiederholt sich auf der ganzen Stärke des Wickels. Das eine Ende der beiden Separatoren 13 liegt innerhalb je einer Ausnehmung 37, während je ein Ende der beiden Elektroden gegen eine Stirnfläche 35 anliegt Diese Anordnung setzt die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden an ihrem abgesetzten Ende auf praktisch Null herab.

Die Separatoren 13, die breiter als die Elektroden 11a und 11 b sind, sind dicht um den Schaft 27 auf einem Durchmesser herumgewickelt, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Mantels 6 ist Die Separatoren werden zusammengedrückt, wenn sie auf dem Dorn aufgewickelt werden, so daß sich eine feste Berührung zwischen den Elektroden und den Separatoren ergibt. Infolge der dichten Anordnung der beiden Elektroden kann die Zelle nun mit einem gleichmäßigen Strom geladen und entladen werden. Die Separatoren sind beispielsweise aus einer Nylon-Filz-Isolierung oder einem anderen Material hergestellt das für Elektrolyt-Ionen durchlässig ist Um den spiralförmigen Nickel der Separatoren und Elektroden ist eine bestimmte Länge eines Klebebandes 39 fest herumgewickelt, während die Teile noch unter Druck sind, um sie so in diesem Zustand zusammenzuhalten. Der Außendurchmesser des herumgewickelten Klebebandes ist nur wenig kleiner als der Innendurchmesser des Mantels 6.

Das Klebeband hilft bei Festlegen der Größe des Elektrodenaggregats. Das Klebeband 39 hat einen Träger und ein Klebemittel, die beide gegen den im Akkumulator verwendeten Elektrolyten widerstandsfähig sind. Wenn beispielsweise der Elektrolyt Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd ist so kann der Bandträger ein Nylon- oder ein gewobenes Polypropylenmäterial und das Klebemittel ein Acryl- oder Vinyläther-Klebemittel sein.

Das Aufwickeln der Separatoren 13 und der Elektroden 11a und 116 auf dem Schaft 27 wird so durchgeführt, daß Randstücke der Separatoren über die Seitenkanten der schmäleren Elektroden hinausragen. Die überstehenden Ränder der Separatoren liegen an einem Ende des Elektrodenaggregats gegen die Bodenscheibe 25 des Schaftes an und werden über die Kanten der Elektroden umgefaltet, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist Die überstehenden Ränder der Separatoren am Oberteil des Elektrodenaggregats werden über die anderen Kanten der Elektroden in geeigneter Weise umgefaltet Durch dieses Umfalten der Ränder der Separatoren werden die oberen und unteren Kanten der Elektroden gegeneinander sehr gut isoliert Die umgefalteten Ränder der Separatoren werden in diesem umgefalteten Zustand durch die Basis 25 des Schaftes und durch die Abdeckscheibe 21 gehalten, die beide vorzugsweise aus Isoliermaterial sind. ·

Die Abdeckscheibe 21 hat zwei Löcher 41, die von den Leitern 15 und 17 durchdrungen sind. Diese Löcher fluchten mit Schlitzen 43 im Bodenstück des Abstandsgliedes 19. Die Abdeckscheibe und das Abstandsglied sind aus einem geeigneten, gegen kaustische Mittel und/oder Säure widerstandsfähigem Material, wie beispielsweise Polypropylen oder Äthylengummi, Neopren usw.

Der Plattenblock 9 wird in den Behälter vor dem Aufsetzen des Deckels 3 und vor der Verformung des Oberteils des Behälters eingebracht Das Elektrodenaggregat ist beinahe kreisförmig in seiner Gestalt, und sein Außendurchmesser ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Behälters 1, so daß das Elektrodenaggregat leicht in seine Lage gemäß F i g. 1 eingebracht werden kann, in der die Bodenscheibe 25 des Schaftes auf dem Boden 7 des Behälters ruht Anschließend wird der Leiter 15 mit dem Mantel des Behälters verbunden. Das Abstandsglied 19 wird dann in den Behälter eingesetzt und das Ende des Leiters 17 entlang dem Abstandsglied, wie in F i g. 1 dargestellt, angeordnet Anschließend wird der Deckel 3 auf das Abstandsglied aufgesetzt und der Deckel mit dem Oberteil des Behälters abgedichtet. Dies kann in der gleichen Weise geschehen, wie dies in der DT-OS 1 596 267 dargestellt und beschrieben ist Das Abstandsglied wird gegen das Elektrodenaggregat elastisch angepreßt, so daß letztere gegen Losschütteln durch Beschleunigen, Vibrationen oder andere Kräfte an Ort und Stelle gehalten ist Auf dem Deckel 3 ist eine Kappe 45 angebracht, die als Kontakt für den Anschluß des Akkumulators verwendet werden kann. Ferner ist zwischen der Kappe 45 und dem Deckel 3 ein Ventil 47 angeordnet um so die Kommunikation zwischen dem Behälter und der Atmosphäre durch ein Loch 49 im Deckel zu öffnen oder zu schließen, so daß der Aufbau eines Überdruckes im Behälter 1 während des Ladens oder Entladens des Akkumulators verhindert wird. Das Ventil 47 und seine Wirkungsweise sind in der DT-OS 1 596 269 beschrieben.

In dem zusammengebauten Akkumulator hält das Abstandsglied 19 den Deckel 3 in seiner Lage, reduziert die Möglichkeit einer Stoßbeschädigung des Akkumulators durch Festhalten der Teile unter Spannung in ihren zusammengebauten Stellungen und fixiert die Stellung des Elektrodenaggregats im Akkumulator, so daß eine Bewegung und ein möglicher Kurzschluß der Elektroden verhindert wird. Außerdem ist das Abstandsglied 19 bei einem automatisierten Zusammenbau des Akkumulators dadurch vorteilhaft daß der Deckel 3 während der Abdichtung des Deckels auf dem Behälter in richtiger Lage gehalten wird. Das Abstandsglied dient ferner dazu, einen Kontaktdruck auf den Leiter 17 auszuüben, und füllt ferner einen Leerraum innerhalb des Akkumulators aus. Das Abstandsglied 19 ist aus einem Material hergestellt das, wie weiter oben des näheren erwähnt gegen den verwendeten Elektrolyten widerstandsfähig ist Das Abstandsglied ist vorzugsweise aus einem monozellularen oder multizellularen Schwammaterial hergestellt und kann so geformt sein, daß sich entweder ein maximales oder ein minimales Zellvolumen ergibt Beispielsweise kann das Abstandsglied Äthylen-Propylen-Gummi oder Neoprengummi sein. Wenn der Akkumulator geladen wird, so wird Sauerstoff erzeugt der sich mit der negativen ,Elektrode wieder verbindet. Durch eine Ausbildung des Abstandsgliedes in der Weise, daß ein maximaler Raum

in der Zelle ausgefüllt wird, wird die Erzeugung des Sauerstoffes begrenzt, da sehr wenig Raum für das Gas übrigbleibt und so rasch ein Stabilisierungsdruck erreicht wird, wodurch die Wiederverbindung des Gases erhöht wird. Andererseits kann das Abstandsstück auch so ausgebildet sein, daß es einen minimalen Raum einnimmt, so daß der Gasdruck ein Minimum ist. Die besondere Form des Abstandsgliedes für diese Zwecke wird durch die speziellen Anforderungen an die Elektroden und/oder die Elektrolyten bestimmt. Das Abstandsglied kann auch als ein Mittel zur Einstellung eines bestimmten Widerstandes gegen Stöße entlang der Achse X-X dadurch dienen, daß es eine bestimmte und vorher einstellbare Kompressibilität hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Plattenblock für einen Akkumulator oder eine Batterie, bestehend aus abwechselnd angeordneten Separator- und Elektrodenstreifen, die zu einem Wickel aufgewickelt sind, der durch Haltemittel in seiner Form gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel auf einem Schaft (27) aufgewickelt ist, der einen mindestens teilweise spiralförmigen Querschnitt (31) unter Bildung einer Längsschulter (33) hat, gegen die die inneren Enden der Streifen (11a, 116, 13) mindestens teilweise anliegen.

2. Plattenblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel ein Klebeband (39) ist, das um den Wickel herumgewickelt ist.

3. Plattenblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (33) mehrere, im Querabstand angeordnete Stirnflächen (35) und zwischen diesen Ausnehmungen (37) hat und daß die inneren Enden der Elektrodenstreifen (Ha, 226) gegen die Stirnflächen (35) anliegen und die inneren Enden der Separatoren (13) in die Ausnehmungen gen(37) eingreifen.

4. Plattenblock nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (35) rechteckig sind.

5. Plattenblock nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen Längsnuten (37) von rechteckigem Querschnitt sind.

6. Plattenblock nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stirnflächen (35) und zwei Ausnehmungen (37) vorgesehen sind und sich eine Stirnfläche (35) am äußeren Rand der Längsschulter (33) befindet.

7. Plattenblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (27) eine scheibenartige Basis (25) an seinem einen Ende hat

8. Plattenblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorstreifen (13) breiter als die Elektrodenstreifen (11a, 11έ) sind und die überstehenden Randstücke umgefaltet sind.

9. Akkumulator, bestehend aus einem Mantel und einen Boden aufweisenden Behälter, in den ein Plattenblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel den Plattenblock (9) gegen den Mantel (6) isoliert.

10. Akkumulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Deckel (3) und dem Plattenblock (9) ein Abstandsglied (19) angeordnet ist, mit dessen Hilfe der Plattenblock (9) gegen den Boden (7) des Behälters (1) gehalten ist.