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Die Erfindung betrifft ein Entgasungssystem für Akkumulatoren,
insbesondere Bleiakkumulatoren, enthaltend einen mikroporösen Flammschutz
sowie einen Aerosolabscheider, der zwischen dem Flammschutz und
dem Elektrolyten des Akkumulators angeordnet ist. Ferner betrifft
sie einen Akkumulator mit einem derartigen Entgasungssystem.
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Aufgrund von elektrochemischen Prozessen gasen
Akkumulatoren wie insbesondere Bleiakkumulatoren beim Ent- und Aufladen.
Die Gase müssen dabei
aus dem Gehäuse
des Akkumulators austreten können,
um die Entstehung eines kritischen Überdrucks oder gar ein Bersten
zu verhindern. Bei Starterbatterien mit flüssigem Elektrolyten werden
daher häufig
Deckel mit einem zentralen Entgasungskanal (Kamina) eingesetzt.
Dieser Kanal ist durch Verschlussstopfen mit allen Zellen der Batterie
verbunden und mündet
an seinen Enden meistens in eine quadertörmige Vertiefung, die einen
Aerosolabscheider in Form eines Labyrinths enthält. In den meisten vorhandenen
Deckelvarianten wird der Kanal ferner an einem Ende verschlossen.
Am anderen Ende wird ein rechteckiger Kunststoffdeckel mit mikroporösem Flammschutzeinsatz
mittels Ultraschall eingeschweißt.
In dem vorgeschalteten Labyrinth sollen sich feste Bestandteile
des Gases möglichst
vor Erreichen des Flammschutzes ablagern. Durch den Flammschutz
können
dann die Gase aus der Batterie entweichen, wobei der Flammschutz
das Durchgreifen einer eventuellen Entzündung der Gase ins Innere der
Batterie verhindert (Rückzündungsschutz).
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Problematisch ist bei dem beschriebenen System
jedoch, dass die in einem Akkumulator entstehenden Gase häufig mit
geringen Spuren von Blei kontaminiert sind, welche den Flammschutz
im Laufe der Zeit zusetzen können.
Hierdurch kann es im schlimmsten Fall zu einem Bersten der Batterie
kommen. Ferner ist die Batterie nicht auslaufsicher, da der Flammschutz
bei Schräglage
oder Kippen keine Flüssigkeiten
zurückhalten
kann.
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Aus der
DE 197 03 444 C1 ist ein
Entgasungssystem bekannt, bei welchem der Gasaustausch durch eine
flüssigkeitsundurchlässige und gasdurchlässige Membran
erfolgt, wobei zwischen der Membran und dem Gasraum oberhalb des
Elektrolyten der Batterie ein Aerosolabscheider angeordnet ist.
Problematisch ist hierbei, dass der Aerosolabscheider nicht vollständig verhindern
kann, dass sich Ablagerungen auf der Membran bilden. Solche Ablagerungen
können
die Gasdurchlässigkeit
der Membran einschränken
und die Sicherheit des Akkumulators gefährden.
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Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Entgasungssystem für einen
Akkumulator bereitzustellen, welches eine höhere Funktionssicherheit besitzt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Entgasungssystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Akkumulator
mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Das erfindungsgemäße Entgasungssystem für einen
Akkumulator, insbesondere einen Bleiakkumulator, enthält einen
mikroporösen
Flammschutz sowie einen Aerosolabscheider, der zwischen dem Flammschutz
und dem Elektrolyten des Akkumulators (bzw. dem Gasraum über dem
Elektrolyten) angeordnet ist. Der Aerosolabscheider kann insbesondere
als ein Labyrinth ausgebildet sein, in welchem austretende Gase
einer häufigen
Richtungsänderung mit
entsprechenden Beschleunigungen unterworfen sind, so dass feste
oder flüssige
Bestandteile des Gases abgetrennt werden. Die dermaßen vorgereinigten
Gase können
dann durch den mikroporösen Flammschutz
aus der Batterie austreten, wobei der Flammschutz Rückzündungen
verhindert. Gekennzeichnet ist das Entgasungssystem dadurch, dass parallel
(in Bezug auf den Gasstrom) zum Flammschutz ein Überdruckventil angeordnet ist.
Das Überdruckventil
kann dabei funktional zwischen der Umgebungsatmosphäre der Akkumulatorbatterie einerseits
und dem in Strömungsrichtung
hinter oder vor dem Aerosolabscheider gelegenen Gasraum andererseits
angeordnet sein, das heißt
parallel nur zum Flammschutz (bevorzugte Variante) oder parallel zum
Flammschutz und Aerosolabscheider liegen. Bei einem vom Hersteller
vorgebbaren Wert des Überdrucks
im Akkumulatorinnenraum öffnet
sich das Überdruckventil,
um in seiner Durchlassrichtung Gas aus dem Akkumulator nach außen entweichen
zu lassen.
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Durch das parallel geschaltete Überdruckventil
wird die Sicherheit des Entgasungssystems gesteigert, da jeglicher Überdruck
im Innenraum des Akkumulators abgebaut wird, bevor er kritische
Werte erreicht. Auf diese Weise kann die von Restrisiken wie zum
Beispiel einem Verstopfen des Flammschutzes ausgehende Gefahr beseitigt
werden. Ferner bietet das Ventil Sicherheit gegen ein Auslaufen
der Batterie, wenn diese z.B. bei einem Unfall eine umgekippte Lage
annimmt.
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Der Flammschutz besteht vorzugsweise
aus einem oleophoben und hydrophoben Material. Ein derartiges Entgasungssystem
hat den Vorteil, dass feste oder flüssige Bestandteile, die eventuell
nach Durchlaufen des Aerosolabscheiders noch in den Gasen vorhanden
sind, aufgrund der oleophoben und hydrophoben Eigenschaften des
Flammschutzes zurückgestoßen werden.
Diese Substanzen können
daher den Flammschutz nicht dauerhaft kontaminieren und zusetzen.
Auf diese Weise wird das Risiko eines Verstopfens des Entgasungssystems
verringert und somit die Sicherheit des Akkumulatorbetriebs erhöht.
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Das Material mit oleophoben und hydrophoben
Eigenschaften kann Polyethylen oder Polypropylen oder ein Gemisch
hiervon enthalten oder hieraus bestehen.
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Des Weiteren ist der Flammschutz
vorzugsweise als ein Sinterkörper
ausgebildet, also durch Sintern von partikelförmigem Material hergestellt worden.
Durch die Größe und Dichte
des Sintermaterials sowie die Parameter des Sintervorganges (Temperatur,
Druck, Dauer etc.) kann dabei die Porosität des entstehenden Flammschutzes
nach Wunsch gesteuert werden. Insbesondere kann das Material gesintertes,
höchstmolekulares
Polyethylen enthalten oder hieraus bestehen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
des vorstehenden Entgasungssystems ist (bezogen auf seine Durchlassrichtung)
hinter oder vor dem Überdruckventil
ein weiterer Flammschutz angeordnet. Dieser Flammschutz verhindert
eine Rückzündung, wenn
in einem Störfall
Gase durch das Überdruckventil
entweichen. Vorzugsweise ist dieser Flammschutz nur mit einem Presssitz
befestigt, so dass er in Störfällen durch Überdruck
freigesetzt werden kann und hierdurch Sicherheitsrisiken vermeidet.
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Die Erfindung betrifft ferner einen
Akkumulator, insbesondere einen Bleiakkumulator, welcher ein Entgasungssystem
der oben beschriebenen Art enthält.
Der Akkumulator kann dabei insbesondere einen Entgasungskanal aufweisen,
an welchen mehrere Elektrolytzellen des Akkumulators angeschlossen sind,
wobei an mindestens ein Ende des Entgasungskanals das genannte Entgasungssystem
angeschlossen ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit
Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:
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1 eine
Seitenansicht des Deckels einer Akkumulatorbatterie im Bereich des
erfindungsgemäßen Entgasungssystems;
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2 einen
Schnitt durch das Entgasungssystem von 1 entlang
der Linie II–II.
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In 1 ist
einer Seitenansicht ein Ende des Deckels 1 eines Akkumulators
dargestellt. Der Deckel 1 weist einen noch oben stehenden,
kastenförmigen
Ansatz auf, in welchem das Entgasungssystem 2 des Akkumulators
untergebracht ist. Ferner ist im Deckel ein Entgasungskanal (Kamina)
vorgesehen, welcher über Öffnungen
mit den Gasräumen
in allen Zellen des Akkumulators verbunden ist.
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Der innere Aufbau des Entgasungssystems 2 ist
in 2 besser erkennbar.
Das Ende des Entgasungskanals 13 führt zunächst in ein Labyrinth 3, wo
die Gase durch mehrfache scharfe Richtungswechsel von Feststoffen
und Flüssigkeiten
weitgehend befreit werden. Das Labyrinth 3 dient somit
als Aerosolabscheider.
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Nach Verlassen des Labyrinths 3 gelangen die
Gase in eine Gasaustrittskammer 12. Die Gasaustrittskammer
ist durch einen Entgasungsdeckel 7 nach außen abgedeckt,
wobei der Entgasungsdeckel 7 mit dem Batteriedeckel 1 zum
Beispiel durch Ultraschallverschweißung dicht verbunden ist. Ferner
ist die Gasaustrittskammer 12 über einen Flammschutz 11 und
einen Schlauchanschlusskanal 4 im Entgasungsdeckel 7 mit
der Umgebungsatmosphäre
verbunden, wobei die Gase im Normalfall über diesen Weg austreten. Der
Flammschutz 11 besteht aus einem gesinterten, oleophoben
und hydrophoben Material. Eventuell noch im Gas vorhandene feste
oder flüssige
Bestandteile werden daher vom Flammschutz 11 weitgehend
zurückgestoßen, so
dass das Risiko einer Verstopfung des Flammschutzes 11 verringert
wird.
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Um auch Restrisiken bei einer Verstopfung des
Flammschutzes 11 und die damit verbundene Gefahr eines
Berstens des Akkumulators zu beseitigen, ist die Gasaustrittskammer 12 weiterhin
parallel zum Flammschutz 11 über ein Überdruckventil mit der Umgebungsatmosphäre verbunden.
Das Überdruckventil
besteht aus einer Ventilhülse 9 mit
einer zentralen, zur Gasaustrittskammer 12 gerichteten Öffnung zum
Durchlass von Gasen. In der Ventilhülse 9 befindet sich
ein Ventilelement 10 aus einem elastischen Material wie
beispielsweise Gummi mit einer angeformten Dichtlippe. Bei Überschreiten
eines vorgegebenen Schwelldruckes in der Kammer 12 kann
sich diese Dichtlippe aus ihrer normalen, die Hülse 9 dichtend verschließenden Position
bewegen und das Ausströmen
von Gasen erlauben.
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Die Ventilhülse 9 ist in einem
Ventildeckel 8 angeordnet und mit diesem durch Ultraschall
dicht verschweißt.
Der Ventildeckel 8 weist einen dornförmigen Fortsatz auf, mit welchem
das Ventil in den Entgasungsdeckel 7 der Batterie eingerastet
werden kann. Zur Dichtung zwischen Ventil und Entgasungsdeckel 7 ist
ein O-Ring 5 vorgesehen. In Durchflussrichtung hinter dem
Ventil ist ferner ein zweiter Flammschutz 6 im Entgasungsdeckel 7 angeordnet, welcher
das eventuelle Übergreifen
von Flammen aus dem Außenraum
ins Innere der Batterie verhindert. Zur zusätzlichen Sicherstellung der
Gasabführung
wird der Flammschutz 6 vorzugsweise nur in den Entgasungsdeckel 7 eingepresst,
so dass er bei nicht mehr ausreichender Durchflussrate (z.B. infolge von
Verschmutzung) durch den entstehenden Überdruck aus seinem Einbauraum
herausgedrückt
werden kann. Durch das zusätzliche
Ventil 8, 9, 10 wird gewährleistet,
dass sich ein Überdruck
im Innenraum der Batterie abbauen kann, bevor er kritische Werte erreicht.
Somit ist auch bei vollständigem
Ausfall des ersten Flammschutzes 11 ein sicherer Betrieb
und eine Entgasung der Batterie gewährleistet.
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In Modifikation der dargestellten
Ausführungsform
könnte
ein Überdruckventil
alternativ oder zusätzlich
auch an anderer Stelle, z.B. dem anderen Ende des Entgasungskanals 13 angeordnet
werden.
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Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft
ein Entgasungssystem (2) für eine Akkumulatorbatterie, bei
welchem hinter einem als Aerosolabscheider dienenden Labyrinth (3)
ein Flammschutz (11) aus einem gesinterten, oleophoben
und hydrophoben Material angeordnet ist. Zur weiteren Sicherheit
ist parallel zum genannten Flammschutz (11) ein Überdruckventil
(8, 9, 10) vorgesehen, hinter dem sich
ein weiterer Flammschutz (6) befindet.