DE1671757B1 - Bleiakkumulator mit trocken lagerfaehigen geladenen elektrodenplatten in dessen gehaeuse oberhalb des plattenblockes ein behaelter mit konzentrierter schwefel saeure angeordnet ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bleiakkumulator mit trocken lagerfähigen, geladenen Elektrodenplatten, in dessen Gehäuse oberhalb des Plattenblockes ein Behälter mit konzentrierter Schwefelsäure angeordnet ist, dessen Boden von außen zerstörbar ist und der zur Inbetriebnahme mit Wasser gefüllt wird.

Zweck der Erfindung ist ein Bleiakkumulator, bei dem innerhalb des Behälters konzentrierte Schwefelsäure untergebracht ist und der durch einfache Zugabe von Wasser in kurzer Zeit aktiviert werden kann.

Im USA.-Patent 2773 927 ist ein Bleiakkumulator mit einem oberhalb der geladenen Platten angebrachten Schwefelsäurebehälter beschrieben. Der Boden dieses Behälters besitzt eine kreisförmige, schwächere Stelle, die etwa über der Mitte der Plattensätze angeordnet ist.

In dieser Patentschrift heißt es: »Um eine trocken lagerfähige Zelle mit einem solchen Säurebehälter in Betrieb zu setzen, ist es nur notwendig, den Verschlußstopfen abzunehmen und den Zellenbehälter mit Wasser bis zu einer Höhe etwas oberhalb des Bodens des Schwefelsäurebehälters zu füllen. Die schwache Stelle in diesem Behälter wird dann mit Hilfe eines stumpfen Werkzeuges, beispielsweise eines Doms oder eines Lochstempels, zerstört.«

Diese Anordnung besitzt jedoch einen wesentlichen Nachteil. Sobald nämlich die Schwefelsäure aus dem Schwefelsäurebehälter herausläuft, werden die Separatoren verbrannt und damit zerstört. Versuche mit den verschiedensten Separatormaterialien, beispielsweise mit Harz imprägniertem Papier, mikroporösem Gummi und Kieselgur-Polyvinylchloridmischungen, wurden bei dieser Arbeitsweise zerstört. Dies konnte auch dadurch, daß die Öffnungen im Boden des Schwefelsäurebehälters nur sehr klein gemacht wurden, um einen langsameren Säurefluß auf die Separatoren zu erreichen, nicht vermieden werden.

Ein ähnlicher Vorschlag für einen trocken lagerfähigen, geladenen Bleiakkumulator, der durch Zugäbe von Wasser aktiviert werden kann, wird in der folgenden Literaturstelle gemacht:

Untersuchungsbericht für die United States Army Tank Automotive Center, Kontrakt Nr. DA-11-022-AMC-2236 (T), vom 21.12.1965. Titel »Immobilized Electrolyte Feasibility Study«.

Die wichtigen Stellen dieses Berichtes lauten etwa wie folgt:

»Die Lagerung von flüssiger, konzentrierter -₀ Schwefelsäure ... erfordert die Lagerung der konzentrierten Säure oberhalb der Platten eines Akkumulators. Wenn der Akkumulator aktiviert werden soll, wird Wasser in die Zellen gegossen und anschließend die Säure aus dem Behälter abgelassen...«

»Die Lösung ist bisher in den meisten Fällen verwendet worden, insbesondere da sie sehr naheliegt ... Trotzdem bringt eine solche Arbeitsweise mehrere Probleme mit sich ...«

»Die korrodierende Wirkung von konzentrierter Schwefelsäure schließt eine Lagerung in direktem Kontakt mit den Platten oder Separatoren einer trocken geladenen Batterie aus. Die Säure muß daher in einem vollkommen abgeschlossenen, gegen Schwefelsäure beständigen B$|jE}lfe& im freien Raum oberhalb des Plattensatzes untergebracht werden ...«

55 »Da sich bei plötzlichem Kontakt von Wasser und konzentrierter Schwefelsäure sehr viel Wärme bildet, werden die Platten und Separatoren sehr nachteilig beeinflußt, wenn die beiden Flüssigkeiten nicht sorgfältig vermischt werden. Die Säure muß daher in einem abgeschlossenen Behälter aufbewahrt werden und darf erst dann in den Akkumulator eintreten, wenn der größte Teil der notwendigen Wassermenge bereits eingeführt wurde. Um dies zu sichern, ohne die Bestandteile der Batterie zu gefährden, wurde der folgende einfache Versuch durchgeführt: In eine trocken geladene Batterie wurde die notwendige Wassermenge gegeben und anschließend die notwendige Menge an konzentrierter Schwefelsäure, verteilt über einen Zeitraum von 2 Minuten, zugefügt. Die maximale erreichte Temperatur lag bei 85° C. Nachdem die Batterie 1 Stunde gestanden hatte, wurden die Platten, die Separatoren und der Elektrolyt auf sichtbare Schäden hin untersucht. Solche Schäden wurden nicht gefunden.«

Ein anderer Teil dieses Berichtes führt aus: *

»Die konzentrierte Schwefelsäure sollte, wenn sie mit dem Wasser vermischt wird, keine größeren Wärmemengen erzeugen. Die Entwicklung von großen Wärmemengen in kurzer Zeit kann zu hohen Temperaturen führen, die die Platten und Separatoren äußerst nachteilig beeinflussen. Es ist bekannt, daß einige Batteriebauteile sich bereits zersetzen bzw. zerstört werden, wenn die Elektrolyt-Temperatur über etwa 75° C steigt.«

Daß im in diesem Untersuchungsbericht beschriebenen Versuch bereits 85° C als Elektrolyt-Temperatur erreicht wurden, zeigt, daß es doch nicht ohne weiteres möglich ist, einen trocken lagerfähig geladenen Akkumulator auf diese Art und Weise ohne Schädigungen seiner Bestandteile zu aktivieren. Bei so hohen Temperaturen kann ein Verbrennen der Separatoren und eine Schädigung der Platten nicht vermieden werden.

Es stellt sich daher insbesondere die Aufgabe, diese Zerstörung der Separatoren und der Platten zu ver- i hindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Plattenblock, bestehend aus geladenen positiven Elektrodenplatten, Separatoren und trocken lagerfähigen, geladenen negativen Elektrodenplatten, und der Zellenwandung ein Abstandshalter angeordnet ist, der mindestens einen von der Zellenoberfläche zum Boden des Akkumulators führenden Kanal enthält, und daß der Boden des Elektrolytbehälters oberhalb des Kanals im Abstandshalter zerstörbar ist.

Sobald die Schwefelsäure in das bereits vorher in in den Akkumulator eingefüllte Wasser läuft, wird Wärme erzeugt, die wiederum eine Konvektionsströmung bewirkt, so daß eine gute Vermischung von Schwefelsäure und Wasser erreicht wird, bevor die Schwefelsäure die Separatoren erreicht. An der Oberfläche der Plattenblöcke können Prellfolien oder Leitfolien angeordnet sein, die ein Verbrennen des Separators verhindern, wenn konzentrierte Schwefelsäure aus irgendeinem Grund nicht direkt in den Kanal im Abstandshalter fließt.

An Hand der Figuren ist der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Batteriezelle mit den erfindungsgemäßen Abstandshaltern, die Kanäle besitzen, die sich von der Oberfläche der Zellen zu ihrem Boden hin erstrecken,

F i g. 2 zeigt den Plattenblock und die Abstandshalter wie in F i g. 1 und zusätzlich den Behälter für die konzentrierte Schwefelsäure oberhalb des Plattenblocks;

Fig. 3 schließlich zeigt das Werkzeug zur Zerstörung des Schwefelsäurebehälters.

Der Zellenbehälter selbst ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Plattenblock 10, bestehend aus abwechselnd gestapelten positiven Elektrodenplatten und negativen Elektrodenplatten, die durch Separatoren voneinander getrennt sind. Die positiven Elektrodenplatten sind durch die Polbrücke 18 miteinander verbunden. Der positive Endpol der Zelle ist mit 20 bezeichnet. Entsprechend ist die negative Polbrücke mit 22 und der negative Endpol mit 24 bezeichnet. Die negativen und eventuell auch die posi-. tiven Elektrodenplatten sind trocken lagerfähig. ψ Auf einer Seite des Plattenblocks 10 ist ein Abstandshalter 26 angeordnet, der einen Kanal 28 enthält, der sich vom oberen Rand des Plattensatzes bis zum Boden des Plattensatzes erstreckt. Zweckmäßiyeise ist ein weiterer solcher Abstandshalter auf ^x9ejLanderen Seite des Plattenblocks angeordnet. Die idshalter können dabei gleichzeitig die Funktion der Halterung des Plattenblocks im Behälter, d. h. der sogenannten Beisteckscheider, erfüllen.

F i g. 2 zeigt den oberhalb des Plattenblocks angeordneten Schwefelsäurebehälter 30. Dieser Behälter b'lfezt Aussparungen für die Polbrücken 18 und 22 sowie für die Endpole 20 und 24. Daneben besitzt dieser Behälter eine Öffnung 32, durch die Wasser in den Akkumulatorbehälter eingefüllt werden kann.

F i g. 3 zeigt auf welche Art und Weise der Schwefelsäurebehälter 30 zerstört wird. Bei einem fertigen Akkumulator wird zuerst der Verschlußstopfen entfernt, und nachdem Wasser eingefüllt wurde, wird ein Bauteil 34 an dessen Stelle eingesetzt. Dieses Bauteil 34, das als Werkzeugführung dient, erstreckt sich in die Öffnung 32 im Schwefelsäurebehälter 30. Durch einen geeignet angebrachten Schlitz in diesem Führungsbauteil wird ein Messer 36 oder ein anderes Werkzeug eingeführt, wobei der Schlitz das Werkzeug so führt, daß es den Boden des Schwefelsäurebehälters direkt oberhalb des Kanals im Abstandshalter zerstört. Vorzugsweise wird der Schwefelsäurebehälter an zwei Stellen jeweils oberhalb der beiden Abstandshalter zerstört. Weiterhin ist es möglich, die Deckelzone, die den Verschlußstopfen enthält, so auszubilden, daß sie als Führung für das Messer dient.

In der bisher beschriebenen Ausführungsform kann es notwendig werden, einen Schwefelsäurebehälter von so großer Höhe vorzusehen, daß auch die Batteriehöhe geringfügig vergrößert werden muß. Während dies in den meisten Fällen ein besonderer Nachteil ist, gibt es aber besondere Batterietypen, die festgelegte Abmessungen besitzen, so daß eine Änderung dieser Abmessungen nicht möglich ist. In diesen Fällen kann eine zusätzliche Quelle von Sulfationen vorgesehen werden, indem man die negativen Endplatten des Plattensatzes in Schwefelsäure taucht und trocknet, aber nicht formiert. Diese Platten werden dann zusammen mit der im Schwefelsäurebehälter 30 enthaltenen Elektrolytmenge den für den Akkumulator notwendigen Elektrolyten bilden.

In Fig. 1 ist weiter eine Prellfolie oder Leitfolie 38 gezeigt. Diese Folie ist zwischen der Endplatte und dem zugehörigen Separator angeordnet und würde die Oberseite des Plattenblockes bedecken. Diese Folie sollte aus einem Material bestehen, das porös ist, aber von Schwefelsäure nicht benetzt werden kann. Dazu eignet sich beispielsweise mikroporöses Polyvinylchlorid. Wie bereits oben ausgeführt, kann diese Folie die Separatoren vor konzentrierter Schwefelsäure schützen. Es ist auch möglich, den gesamten Plattenblock durch eine solche Folie zu überdecken, d. h. die Folie auf der anderen Seite des Plattenblockes, zwischen Separator und anderer Endplatte zurückzufalten. Daneben ist es zweckmäßig, eine weitere perforierte Folie, beispielsweise ebenfalls aus Polyvinylchlorid, die jedoch nicht porös ist, oberhalb des Plattenblocks anzuordnen. Diese Folie schützt die Platten und Separatoren vor Beschädigungen bei Dichtemessungen.

Die beschriebene Ausführungsform eines trocken lagerfähigen Bleiakkumulators besitzt verschiedene Vorteile gegenüber den bisher bekannten Ausführungsformen solcher Akkumulatoren. Neben dem Schutz der Separatoren vor Verbrennung wird, dadurch, daß die konzentrierte Schwefelsäure um den Plattenblock herumgeführt wird, durch die Konvektionsströmung eine gute Vermischung von Schwefelsäure und Wasser erreicht. Die bei der Vermischung von Schwefelsäure und Wasser entwickelte Wärme erhöht die Gesamttemperatur der Batterie und vermindert damit die Aktivierungszeit.

Die Geschwindigkeit des Zuflusses der konzentrierten Schwefelsäure kann durch die Größe der durch das Messer hervorgerufenen Öffnung variiert werden. Der Behälter, der nach der Aktivierung im Akkumulator bleibt, vermindert weiterhin die Verdunstung des Elektrolyten und wirkt als elastischer Niederhalter für die Plattenblöcke, so daß der Akkumulator weniger anfällig gegen Stöße und Schwingungen ist. Bei geeigneter Dimensionierung des Schwefelsäurebehälters kann der Akkumulatorenbehälter vollkommen mit Wasser gefüllt werden, so daß der Wasserstand leicht ablesbar ist und die Aktivierung leichter durchführbar ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bleiakkumulator mit trocken lagerfähigen, geladenen Elektrodenplatten, in dessen Gehäuse oberhalb des Plattenblockes ein Behälter mit konzentrierter Schwefelsäure angeordnet ist, dessen Boden von außen zerstörbar ist und der zur Inbetriebnahme mit Wasser gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Plattenblock (10), bestehend aus geladenen positiven Elektrodenplatten, Separatoren und trocken lagerfähigen, geladenen negativen Elektrodenplatten, und der Zellenwandung ein Abstandshalter (26) angeordnet ist, der mindestens einen von der Zellenoberfläche zum Boden des Akkumulators führenden Kanal (28) enthält, und daß der Boden des Elektrolytbehälters (30) oberhalb des Kanals (28) im Abstandshalter (26) zerstörbar ist.

2. Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negativen Endplatten des Plattenblockes unformiert in Schwefelsäure ge-

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taucht und getrocknet sind, während die übrigen negativen Elektrodenplatten trocken lagerfähig und geladen sind.

3. Bleiakkumulator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Endplatten des Plattenblockes und den zugehörigen Separatoren Prellfolien (38) angeordnet sind, die porös, aber von Schwefelsäure nicht benetzbar sind und deren Oberteile über den Plattenblock (10) zurückgeklappt sind.

4. Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine perfo-

rierte Folie (40) die Oberfläche des Plattenblockes bedeckt.

5. Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelsäurebehälter (30) mit Mitteln zur Führung des beim Durchstoßen benutzten Werkzeuges versehen ist.

6. Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugführung ein in die Wassereinfüllöffnung (32) im Behälter (30) einsetzbares, der Form des Verschlußstopfens angepaßtes Bauteil (34) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen