DE202013101998U1

DE202013101998U1 - Akkumulator mit mehreren Elektrodenplatten

Info

Publication number: DE202013101998U1
Application number: DE202013101998.4U
Authority: DE
Original assignee: Johnson Controls Autobatterie GmbH and Co KGaA
Current assignee: Clarios Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2014-08-12
Anticipated expiration: 2023-05-09

Abstract

Akkumulator (50) mit mehreren Elektrodenplatten (56), die nebeneinander angeordnet sind und wenigstens einen Elektrodenplattenstapel in Blockform bilden, wobei die Elektrodenplatten (56) jeweils einen Rahmen (12, 14, 16, 18) mit einem darin angeordnetem Gitter (11) aufweisen und wobei zumindest das Gitter (11) mit einer aktiven Masse (7) befüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Elektrodenplatten (56) wenigstens ein vom Rahmen (12, 14, 16, 18) beabstandetes durchgehendes Loch (61) im Bereich des mit der aktiven Masse (7) bedeckten Bereichs des Gitters (11) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit mehreren Elektrodenplatten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft das Gebiet von Akkumulatoren, die mit einem flüssigen Elektrolyten zu befüllen sind, wie z. B. Blei-Säure-Batterien, wie sie z. B. als Starterbatterien für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Ein solcher Akkumulator ist z. B. aus der US 5,356,733 bekannt. Bei der Herstellung eines solchen Akkumulators erfolgt der Befüllvorgang mit dem flüssigen Elektrolyten gemäß der anhand der 2 dargestellten Vorgehensweise. Die Befüllung erfolgt durch eine Einfüllöffnung 55, die an einer Oberseite 53 des Gehäuses 51 oder zumindest oberhalb der Mitte des Gehäuses 51 angeordnet ist. Der Akkumulator 50 steht mit seiner Unterseite 54 auf einer horizontalen Fläche. Der Innenraum des Gehäuses 51 wird durch ein Vakuum evakuiert. Durch das Vakuum wird eine vorbestimmte Menge an flüssigem Elektrolyten 52 in das Gehäuse 51 durch die Einfüllöffnung 55 eingesaugt. In Folge der schnellen Befüllung mit dem flüssigen Elektrolyten bildet sich oberhalb der in dem Gehäuse 51 vorgesehenen Batterieelektroden 56 eine Art „See”, d. h. eine Ansammlung 57 von flüssigem Elektrolyten 52, die sich dann weiter zwischen den Batterieelektroden 56 verteilt und in Folge der Schwerkraft zur Unterseite 54 hin fließt. Hierbei kommt es vor, dass durch den einströmenden flüssigen Elektrolyten 52 Gase zwischen den Batterieelektroden 56 bzw. in einem Separatormaterial, das die Batterieelektroden 56 umgibt, eingeschlossen werden und nicht oder nur schlecht entweichen können.
Insbesondere bei sehr feinfaserigem Separatormaterial ist das Entweichen des Gases durch Kapillareffekte zusätzlich erschwert. Aber auch bei anders aufgebauten Batterieelektroden oder anderen Umhüllungen der Batterieelektroden tritt der beschriebene Effekt auf.
Bei den eingeschlossenen Gasen kann es sich einerseits um trotz der Evakuierung verbliebene Luftmengen aus der Umgebung handeln. Zusätzlich kann sich beim Befüllen einer Blei-Säure-Batterie mit dem flüssigen Elektrolyten in manchen Fällen relativ schnell Kohlenstoffdioxid bilden, das bei der zuvor beschriebenen Art der Befüllung ebenfalls nicht oder nur schlecht entweichen kann.
Die im Bereich der Batterieelektroden verbleibenden Gasansammlungen sind unerwünscht, weil an sich eine vollständige Befüllung des Bereichs der Batterieelektroden mit dem flüssigen Elektrolyten beabsichtigt ist. Zudem tritt bei bestimmten Akkumulatortypen in Folge der eingeschlossenen Gasblasen eine Fleckenbildung am Separatormaterial ein, die ebenfalls nicht erwünscht ist. So können sich lösliche Substanzen abscheiden und am Separatormaterial sichtbar ablagern.
Insbesondere im Mittenbereich einer Elektrodenplatte tritt auch nach der Formation noch deutlich erkennbar ein entsprechender Fleck 58 auf, wie in 2 dargestellt. Aus der DE 10 2011 110 479 A1 sind Vorschläge bekannt, um die Fleckenbildung durch einen anderen Befüllungsprozess des Akkumulators zu minimieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Akkumulator anzugeben, bei dem die Fleckenbildung im Mittenbereich der Elektrodenplatte vermieden oder zumindest reduziert ist. Ferner soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte angegeben werden.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch einen Akkumulator mit mehreren Elektrodenplatten, die nebeneinander angeordnet sind und wenigstens einen Elektrodenplattenstapel in Blockform bilden, wobei die Elektrodenplatten jeweils einen Rahmen mit einem darin angeordnetem Gitter aufweisen und wobei zumindest das Gitter mit einer aktiven Masse befüllt ist, wobei wenigstens eine der Elektrodenplatten wenigstens ein vom Rahmen beabstandetes durchgehendes Loch im Bereich des mit der aktiven Masse bedeckten Bereichs des Gitters aufweist. Der blockförmige Elektrodenplattenstapel hat dann eine prismatische Form, in der Regel eine Quaderform. Jedoch sind auch hiervon abweichende Formen möglich.
Durch das in wenigstens einer Elektrodenplatte bzw. ggf. in mehreren Elektrodenplatten angeordnete durchgehende Loch kann dem flüssigen Elektrolyten beim Einfällen in das Akkumulatorgehäuse eine neue, zusätzliche Fließrichtung gegeben werden. Insbesondere kann der flüssige Elektrolyt effektiver von der jeweils äußersten Platte eines Elektrodenplattenblocks zu den innenliegenden Elektrodenplatten vordringen, insbesondere im Mittenbereich der Elektrodenplatten. Auf diese Weise kann durch eine entsprechende Gestaltung der Elektrodenplatten infolge des Lochs die unerwünschte Fleckenbildung vermieden oder deutlich minimiert werden.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich bei der Befüllung von Akkumulatoren, insbesondere AGM-Akkumulatoren (AGM = Absorbent Glass Mat), die Säurekonzentration bei der Benetzung der Elektrodenplatten in Fließrichtung vom Elektrodenplattenrand zur Elektrodenplattenmitte hin abreichert. Im Bereich der Mitte einer positiven Elektrodenplatte, in dem die Fleckenbildung verstärkt beobachtet wird, können alkalische Bedingungen entstehen, die die Bildung von α-PbO₂ begünstigen. Eine solche Bildung von α-PbO₂ ist nicht erwünscht, da es die Sauerstoffbildung katalysiert, was Formationsenergie verbraucht. Es handelt sich somit um eine unerwünschte Nebenreaktion. Außerdem verschlechtert ein höherer Anteil an α-PbO₂ auf einer positiven Elektrodenplatte auch die Kaltstarteigenschaften des Akkumulators. Gleichmäßigere hohe Säuredichten und weniger Abreicherung der Säurekonzentration würden dagegen für saure Bedingungen und für die Bildung von β-PbO₂ sorgen, das die erwünschten Eigenschaften hat. Bei der Befüllung mit flüssigem Elektrolyten fließt dieser nur sehr langsam zwischen den Elektrodenplatten eines Elektrodenplattenblocks hindurch. Gerade der Mittenbereich der innenliegenden Elektrodenplatten bleibt relativ lange unbenetzt. Hier entstehen die lokalen alkalischen Bereiche und das α-PbO₂.
Durch die Erfindung kann somit die unerwünschte Bildung von α-PbO₂ vermieden oder zumindest deutlich minimiert werden und die Bildung von β-PbO₂ gefördert werden.
Ein weiterer Vorteil ist die sich ergebende Gewichtseinsparung, die sowohl aus einer Einsparung von aktiver Masse und ggf. von Gitterblei resultiert.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung keinen unerwünschten, nachteiligen Einfluss auf die Säureschichtung im Akkumulator hat. Die Löcher in den Elektrodenplatten fördern das Absinken höher konzentrierter Säure innerhalb des Akkumulators nicht. Selbst ein waagerecht durch den Elektrodenplattenstapel verlaufender Kanal aus mehreren Löchern benachbarter Elektrodenplatten hat keinen Einfluss auf die Säureschichtung.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bisher verwendete Befüllungsprozesse zur Befüllung des Akkumulators mit flüssigem Elektrolyten nicht verändert werden müssen und damit bewährte Prozesse beibehalten werden können.
Die Anordnung aus einem Rahmen und einem darin angeordneten Gitter wird auch als Gitterbauteil der Elektrodenplatte bezeichnet. Der Rahmen kann als umlaufender Rahmen ausgebildet sein, bei dem ein oberes und ein unteres Rahmenelement sowie ein linkes und ein rechtes Seitenrahmenelement vorhanden sind, die das Gitter umrahmen. Der Rahmen kann auch anders ausgebildet sein, z. B. nur mit einem oberen und einem unteren Rahmenelement und somit an den Seiten offen sein.
Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Akkumulatoren, die mit einem flüssigen Elektrolyten zu befüllen sind, unabhängig von der Art und Ausgestaltung der Elektrodenplatten. Die Erfindung eignet sich sowohl für Elektrodenplatten, die mit einem Separatormaterial vollständig umgeben sind, d. h. sich in einer durch das Separatormaterial nach Art einer Tasche gebildeten Umhüllung befinden, als auch für Elektrodenplatten, bei denen andersartige Separatoren verwendet werden. Die Erfindung eignet sich für Elektrodenplatten, bei denen das Separatormaterial über die Kanten des Batteriegitters hinaus steht, was z. B. bei der taschenartigen Ausbildung von Separatoren regelmäßig der Fall ist, als auch für Elektrodenplatten mit nicht über das Gitter hinaus stehenden Separatoren.
Die Erfindung kann bei prismatischen Gehäusebauformen als auch bei anderen Gehäusebauformen, z. B. bei runden oder ovalen Gehäusen, eingesetzt werden.
Der Akkumulator kann als einzelliger oder mehrzelliger Akkumulator ausgebildet sein. Sofern der Akkumulator mehrzellig ausgebildet ist, so gelten die Ausführungen bezüglich des Gehäuses auch in Bezug auf einen jeweiligen Gehäuseteil des Akkumulatorgehäuses, der jeweils eine Zelle des Akkumulators umschließt. Im Falle eines einzelligen Akkumulators kann der entsprechende Gehäuseteil einer Zelle dementsprechend auch das gesamte Gehäuse des Akkumulators bilden. Bei einem mehrzelligen Akkumulator ist vorteilhaft vorgesehen, dass jede Zelle bzw. jedes Gehäuseteil einer Zelle wenigstens eine eigene Einfüllöffnung für den flüssigen Elektrolyten aufweist.
Das durch die Elektrodenplatte hindurchgehende Loch kann auf verschiedene Arten erzeugt werden. So kann z. B. das Gitterbauteil zunächst mit der aktiven Masse versehen werden und anschließend an derjenigen Stelle, wo das Loch erzeugt werden soll, die eingebrachte aktive Masse wieder herausgedrückt werden, z. B. ähnlich wie bei einem Stanzprozess. Es ist auch möglich, den für das Loch vorgesehenen Bereich des Gitters gleich von der aktiven Masse freizuhalten, z. B. indem an dieser Stelle ein Formteil angeordnet wird, um das herum die aktive Masse in das Gitter eingebracht wird. Hiernach wird das Formteil wieder entfernt, so dass die dann vorhandene Elektrodenplatte das hindurchgehende Loch aufweist.
In Bezug auf das Gitter kann das Loch dadurch bereitgestellt werden, dass entweder ein bestimmter Ausschnitt des Gitters, d. h. ein Fenster zwischen den Gitterstäben, als späteres Loch verwendet wird und entsprechend den zuvor beschriebenen Fertigungsprozessen nicht mit der aktiven Masse versehen ist. Es kann auch ein Teil des Gitters herausgestanzt werden oder dem Gitter während des Herstellprozesses eine bestimmte Form gegeben werden, die einen lochförmigen Bereich an der gewünschten Stelle aufweist. Das Loch soll dabei so dimensioniert und angeordnet werden, dass möglichst wenig stromableitende vertikale Gitterstäbe betroffen sind.
Die Erfindung beinhaltet insbesondere die Möglichkeit, dass das Gitter in seiner bisherigen Ursprungsform, z. B. wie in 1 dargestellt, belassen wird und z. B. eines der Gitterfenster für das erfindungsgemäße Loch verwendet wird. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass das Gitter wie bisher mit der aktiven Masse versehen wird und die aktive Masse an derjenigen Stelle entfernt wird, wo das Loch erzeugt werden soll. Dies hat den Vorteil, dass die Gitterstege in ihrer bisherigen Form erhalten bleiben und die Stromableitung nicht verändert wird.
Es können eine, mehrere oder alle Elektrodenplatten eines Elektrodenplattenstapels mit dem Loch ausgebildet sein. Bereits bei nur einer mit dem Loch ausgebildeten Elektrode ergibt sich schon eine Verbesserung bei der Verteilung des flüssigen Elektrolyten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen mehrere Elektrodenplatten, die benachbart zueinander angeordnet sind, das wenigstens eine Loch auf, wobei die Löcher überlappend sind und einen Kanal in dem blockförmigen Elektrodenplattenstapel bilden. Der Kanal kann dabei nur durch einen teil des Elektrodenplattenstapels hindurchgehen, oder durch den kompletten Elektrodenplattenstapel. Im letztgenannten Fall sind dann sämtliche Elektrodenplatten des Elektrodenplattenstapels mit jeweils wenigstens einem Loch ausgebildet, wobei die Löcher überlappend sind. Durch den sich hierdurch bildenden Kanal kann eine noch bessere Verteilung des flüssigen Elektrolyten über die mehreren Elektrodenplatten des Elektrodenplattenstapels erreicht werden. Eventuell noch auftretende Rest-Flecken sind dann bei sämtlichen Elektrodenplatten des Elektrodenplattenstapels etwa gleich groß. Bisher konnte beobachtet werden, dass insbesondere in der Mitte des Elektrodenplattenstapels angeordnete Elektrodenplatten besonders große Fleckenbildung mit entsprechender Bildung von α-PbO₂ zeigten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Löcher benachbarter Elektrodenplatten genau fluchtend zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann ein Kanal durch den Elektrodenplattenstapel bereitgestellt werden, der relativ gleichmäßige, glatte Wände aufweist. Dies begünstigt die Fließeigenschaften und damit die Verteilung des flüssigen Elektrolyten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Loch in einem Abstand von wenigstens 10% der Höhen- und Breiten-Erstreckung der Elektrodenplatte vom Rahmen entfernt angeordnet. Die Abstandsangabe bezieht sich dabei auf den Außenumfang des Lochs. Die Größe des Lochs muss nicht besonders groß gewählt werden, insbesondere muss das Loch nicht so groß sein wie die beobachteten Flecken. Das Loch kann deutlich kleiner sein, z. B. nur etwa 30% der Fläche der Flecken umfassen. Bezogen auf die Gesamtfläche der Elektrodenplatte reicht es, wenn das Loch einen Flächenanteil von 1 bis 10%, bzw. 2 bis 5% einnimmt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen nur positive Elektrodenplatten das Loch auf. Dies hat den Vorteil, dass bei den negativen Elektrodenplatten infolge des dort nicht vorgesehenen Lochs keine negative aktive Masse fehlt. Dies ist günstig für die elektrische Gesamtleistungsfähigkeit des Akkumulators.
Das Loch kann grundsätzlich jede beliebige Form haben, z. B. kreisförmig, oval, rechteckig, quadratisch, dreieckig oder vieleckig. Auch unregelmäßige Formgebungen sind vorteilhaft.
Soweit die Elektrodenplatten mit einem Pastierpapier beschichtet sind, ist es vorteilhaft, das Loch auch in dem Pastierpapier vorzusehen, d. h. das Loch geht vollständig durch die Elektrodenplatte mit dem Pastierpapier hindurch.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zumindest einige der Elektrodenplatten, insbesondere die Elektrodenplatten einer bestimmten Polarität, mit einem Separatormaterial beschichtet, wobei das Separatormaterial auch das Loch der Elektrodenplatte überdeckt. Es hat sich gezeigt, dass das Loch nicht unbedingt durch das Separatormaterial hindurchgehen muss, da dieses in der Regel keine besondere Barriere für das Hindurchfließen des flüssigen Elektrolyten darstellt. Daher kann das Separatormaterial wie bisher vollständig die Elektrodenplatte überdecken, was den Vorteil hat, dass keine besonderen Maßnahmen zur Stabilisierung des Separatormaterials ergriffen werden müssen, die notwendig wären, wenn dieses mit einem Loch versehen wäre.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zumindest einige der Elektrodenplatten, insbesondere die Elektrodenplatten einer bestimmten Polarität, mit einem Flüssigkeit absorbierenden Vlies-, Textil- oder Gewebematerial beschichtet. Der Akkumulator weist Elektrolytflüssigkeit auf, die im wesentlichen vollständig in dem Vlies-, Textil- oder Gewebematerial gebunden ist. Bei dem Vlies-, Textil- oder Gewebematerial kann es sich z. B. um ein Glasfasermaterial handeln. Das Vlies-, Textil- oder Gewebematerial kann insbesondere das zuvor erläuterte Separatormaterial sein.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 10 gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte für einen Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Merkmalen:

a) Erzeugen eines Gitterbauteils der Elektrodenplatte, das einen Rahmen mit einem darin angeordnetem Gitter aufweist, wobei in dem Gitter fensterartige Öffnungen gebildet sind,
b) Befüllen zumindest des Gitters mit einer aktiven Masse und Bilden wenigstens eines Lochs im Bereich des mit der aktiven Masse bedeckten Bereichs des Gitters, indem der Bereich des Lochs nicht mit der aktiven Masse bedeckt wird oder das Loch durch Herausdrücken von bereits in das Gitter eingebrachter aktiver Masse erzeugt wird.

Bezüglich des Gitters kann das Loch darin dadurch gebildet werden, dass ein Teil des Gitters im Bereich des Lochs herausgestanzt wird oder das Gitter während des Herstellprozesses mit einem lochförmigen Bereich bereits entsprechend geformt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 – eine Elektrodenplatte in Form einer plattenförmigen Batterieelektrode mit einem Gitterbauteil, wobei zur besseren Veranschaulichung die aktive Masse nicht dargestellt ist,
2 – einen Akkumulator in seitlicher Ansicht und
3 – ein Gitterbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform und
4 – ein Gitterbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform und
5 – eine Elektrodenplatte und
6 – ein Querschnitt durch eine Elektrodenplatte im Bereich der Gitterstege und
7 – einen Elektrodenplattenstapel in isometrischer Ansicht.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Gitterbauteil 10, welches Teil einer Elektrodenplatte, die auch als plattenförmige Batterieelektrode bezeichnet wird, sein kann. Das Gitterbauteil 10 weist ein gestanztes Gitter 11 auf, hergestellt aus einer Bleilegierung. Ein solches Gitterbauteil ist in dem Patent US 5,582,936 beschrieben. Das Gitterbauteil 10 umfasst ein oberes Rahmenelement 12, ein linkes Seitenrahmenelement 14, ein rechtes Seitenrahmenelement 16 sowie ein unteres oder Bodenrahmenelement 18. Das Gitterbauteil 10 umfasst ein Gitter mit einer Reihe von Gitterstegen, welche als Gitterausschnitte offene Bereiche 20 definieren, die die aktive Masse (nicht gezeigt) hält. Eine Stromsammelfahne 22 ist integral mit dem oberen Rahmenelement 12 ausgebildet und ist versetzt von der Mitte des oberen Rahmenelements 12. Das obere Rahmenelement 12 umfasst einen vergrößerten leitenden Abschnitt 24 direkt unterhalb der Stromsammelfahne 22 und besitzt eine Form, die zur Optimierung der Stromleitung zur Stromsammelfahne 22 ausgebildet ist.
Eine Reihe von sich radial erstreckenden vertikalen Gitterstegen 26a–26o bildet ein Teil des Gitterbauteils 10. Die vertikalen Gitterstege 26c bis 26n sind an das obere Rahmenelement 12 und das untere Rahmenelement 18 angeschlossen, die vertikalen Gitterstege 26a und 26b sind an das obere Rahmenelement 12 und das erste Seitenrahmenelement 14 und der vertikale Gittersteg 26o ist an das obere Rahmenelement 12 und das zweite Seitenrahmenelement 16 angeschlossen, wie gezeigt. Der vertikale Gittersteg 26i ist parallel zu den Seitenrahmenelementen 14 und 16 und die verbleibenden vertikalen Gitterstege 26a bis 26h bis 26o erstrecken sich radial in Richtung auf einen imaginären Schnittpunkt entlang einer Radiuslinie, die durch den vertikalen Gittersteg 26i verläuft. Die vertikalen Gitterstege 26a bis 26o nähern sich, wenn man sich vom unteren Rahmenelement 18 in Richtung auf das obere Rahmenelement 12 bewegt, und entfernen sich voneinander, wenn man sich von dem vertikalen Gittersteg 26i in Richtung auf das linke Seitenrahmenelement 14 oder das rechte Seitenrahmenelement 16 bewegt.
Die Breite der vertikalen Gitterstege 26a bis 26o steigt an von dem unteren Rahmenelement 18 zum oberen Rahmenelement 12, so dass sich eine schräge Form ergibt zur Optimierung der Stromtragfähigkeit der Gitterstege 26a bis 26o durch den Strom, der von dem unteren Rahmenelement 18 in Richtung auf das obere Rahmenelement 12 fließt. Die Reduktion der Breite der Gitterstege 26a bis 26o in Richtung auf das untere Rahmenelement 18, in welchem der erzeugte Strom niedrig ist, reduziert die Menge an erforderlichem Blei und verringert somit das Gewicht der Batterie. Die Breite und die Beabstandung der Gitterstege 26a bis 26o zwischen den Seitenrahmenelementen 14 und 16 sind derart vorbestimmt, so dass sich im Wesentlichen eine gleiche Zahl von Potentialpunkten über die Breite des Gitterbauteils 10 ergibt. Die Gitterstege 26a bis 26o können jedoch dünner sein als die entsprechenden Gitterstege in US 5,582,936 , da das Gitterbauteil 10 gestanzt ist und es dementsprechend keine Form gibt, die optimiert werden muss für den Bleifluss, um das Gitterbauteil in dem Gießverfahren herzustellen.
Der vergrößerte Abschnitt 24 erhöht sich in seiner Bemessung von oben nach unten, beginnend bei dem Gittersteg 26e nach unten in Richtung auf den Gittersteg 26i. In einer ähnlichen Weise nimmt die Bemessung des vergrößerten Abschnitts 24 ab von oben nach unten, beginnend mit dem Gittersteg 26i in Richtung auf den Gittersteg 26n. Diese Größen- und Formänderungen des vergrößerten Abschnitts 24 entspricht dem ansteigenden Strom, der transportiert werden muss zu Stromsammelpunkt der Stromsammelfahne 22, wobei der Wirkungsgrad des Stroms, der von dem Gitterbauteil 10 geleitet wird, optimiert wird. Je größer der Querschnitt der Gitterstege in dem kritischen Stromsammelbereich unterhalb der Stromsammelfahne 22, umso besser sind die Korrosionsverhinderungsfähigkeiten und dementsprechend wird die Lebensdauer des Gitterbauteils und der Batterie verlängert. Obwohl die Menge an eingesetztem Blei in dem oberen Rahmenelement 12 größer ist als bei manchen Ausgestaltungen, ist der Gesamtbleigehalt des Gitterbauteils 10 tatsächlich niedriger, da die Menge an Blei, die in den Teilen des Gitterbauteils 10 bei niedrigerem Strom zum Einsatz kommt, wie etwa bei den Gitterstegen in der Nähe des unteren Teil des Gitterbauteils 10, reduziert ist, da die Gitterstege im unteren Teil eine geringere Breite besitzen. Dies unterstützt das Merkmal von im Wesentlichen gleichen Potentialpunkten über die Breite des Gitterbauteils 10, da diese Punkte von der Mitte der Stromsammelfahne 22 die Form im wesentlichen eines Bogens einnehmen zur Optimierung des Stromflusses in dem Gitterbauteil 10.
Das Gitterbauteil 10 umfasst auch eine Mehrzahl von horizontalen oder quergerichteten Gitterstegen, die auch als Querstege bezeichnet werden. Die Querstege umfassen eine Gruppe von parallelen horizontalen Gitterstegen 30, die in einem mittleren Teil des Gitterbauteils 10 positioniert sind. Zusätzlich umfasst das Gitterbauteil 10 eine erste Gruppe von Querstegen 32, die angeschlossen sind zwischen dem linken Seitenrahmenelement 14 und dem vertikalen Gitterelement 26a, welche parallel zueinander verlaufen, wobei eine zweite Gruppe von Querstegen 34 angeschlossen ist zwischen den vertikalen Gitterstegen 26a bis 26b, die parallel zueinander laufen, während eine dritte Gruppe von Querstegen 36 angeschlossen ist zwischen den vertikalen Gitterstegen 26b und 26c, die parallel zueinander verlaufen an der linken Seite des Gitterbauteils 10. Außerdem umfasst das Gitterbauteil 10 eine vierte Gruppe von Querstegen 38, die angeschlossen sind zwischen den vertikalen Gitterstegen 26n und 26o, welche parallel zueinander verlaufen, während eine fünfte Gruppe von Querstegen 40 angeschlossen ist zwischen den vertikalen Gitterstegen 26o und dem rechten Seitenrahmenelement 16, die parallel zueinander verlaufen auf der anderen Seite des Gitterbauteils 10, wie dargestellt. Die Winkel und die Zahl der Gruppen der Querstege 30 bis 40 folgen den gleichen Potentialkonturen und können variieren mit der Geometrie des speziellen Gitterbauteils. Eine Reihe von kurzen Stützstegen 42 ist an das untere Rahmenelement 18 angeschlossen, wie gezeigt. Die Kombination von Abschnitten der vertikalen Gitterstege 26a bis 26o und die horizontalen Gitterstege 30 oder Querstege 32 bis 40 definieren offene Flächen 20, die die elektrochemische Paste tragen.
Die 2 zeigt einen Akkumulator 50, bei dem flüssiger Elektrolyt 52 gemäß dem eingangs erläuterten Stand der Technik zugeführt wird. Der flüssige Elektrolyt 52 wird unter Vakuumeinfluss durch die Einfüllöffnung 55 in das Gehäuse 51 eingefüllt, so dass sich die eingangs bereits erwähnte Flüssigkeitsansammlung 57 oberhalb der Elektrodenplatten 56 ergibt. Die Elektrodenplatten 56 sind mit einem faserigen Separatormaterial umhüllt. Bei dem Einfüllvorgang gemäß 1 verbleiben Gasblasen im Bereich der Batterieelektroden, z. B. im Separatormaterial. Durch entsprechende Reaktionen bilden sich im Separatormaterial flächige Flecken 58 aus, und zwar in etwa an denjenigen Stellen, an denen sich die Gasblasen gebildet haben.
Um die mit der Fleckenbildung verbundenen Nachteile zu vermeiden, weist wenigstens eine Elektrodenplatte 56 wenigstens ein Loch auf. Hierfür kann z. B. das Gitterbauteil 10 gemäß 1 so modifiziert werden, wie in 3 dargestellt. Im mittleren Bereich des Gitterbauteils 10 bzw. auch der schließlich hergestellten Elektrodenplatte, und zwar dort, wo sich eine Fleckenbildung üblicherweise zeigt, ist aus dem Gitter 11 ein Loch 61 herausgestanzt. Dieses Loch 61 bleibt auch frei von aktiver Masse.
Die 4 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Bildung des Lochs 61, und zwar derart, dass dort kein Loch herausgestanzt ist und damit freie Gitterenden vermieden werden. Vielmehr ist ein entsprechender Bereich für das Loch 61 durch das Design des Gitters 11 vorgesehen, indem bestimmte Gitterstäbe durch schräge Abschnitte miteinander verbunden sind.
Anhand der 5 wird eine vollständige Elektrodenplatte 56 dargestellt, die das Loch 61 aufweist. Wie erkennbar ist, befindet sich das Loch 61 im Bereich des Flecks 58. In der Regel wird das Loch 61 mittig auf der Elektrodenplatte 56 angeordnet sein, zumindest in einem Abstand von mehr als 10% der Erstreckung der Elektrodenplatte in der Breite B und in der Höhe H vom Rand entfernt, d. h. vom Rahmen 12, 14, 16, 18 entfernt.
Die 6 zeigt einen Querschnitt durch eine vollständig hergestellte Elektrodenplatte 56, bei der die aktive Masse an dem Gitterbauteil 10 angeordnet ist. Die aktive Masse ist zunächst bei der Einbringung in das Gitter 11 pastös und bildet später nach einer Trocknung einen porösen festen Körper. Beispielhaft dargestellt sind die Gitterstege 36c, 36d in einer Querschnittsansicht. Die Gitterstege 36c, 36d sind mit aktiver Masse 67 umgeben. Die aktive Masse 67 kann auf einer oder auf beiden Seiten der Elektrodenplatte 56 mit einem Pastierpapier 68 beschichtet sein. Auf dem Pastierpapier 68 kann auf einer oder auf beiden Seiten der Elektrodenplatte 56 Separatormaterial 66 vorgesehen sein. Die Elektrodenplatte 56 kann auch ohne das Pastierpapier 68 bzw. ohne Separatormaterial 66 hergestellt sein. In diesem Fall ist eine andere Art der Isolation zwischen benachbarten Batterieelektroden in einer Akkumulatorzelle vorzusehen.
Die 7 zeigt einen blockförmigen Elektrodenplattenstapel, der abwechselnd aus positiven und negativen Elektrodenplatten 56 gebildet ist. Im dargestellten Beispiel weisen sämtliche Elektrodenplatten 56 das Loch 61 auf. Durch das Loch 61 wird ein Kanal 70 gebildet, durch den der flüssige Elektrolyt beim Einfüllen hindurchfließen kann, wie durch die Pfeile dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5356733 [0002]
DE 102011110479 A1 [0006]
US 5582936 [0042, 0044]

Claims

Akkumulator (50) mit mehreren Elektrodenplatten (56), die nebeneinander angeordnet sind und wenigstens einen Elektrodenplattenstapel in Blockform bilden, wobei die Elektrodenplatten (56) jeweils einen Rahmen (12, 14, 16, 18) mit einem darin angeordnetem Gitter (11) aufweisen und wobei zumindest das Gitter (11) mit einer aktiven Masse (7) befüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Elektrodenplatten (56) wenigstens ein vom Rahmen (12, 14, 16, 18) beabstandetes durchgehendes Loch (61) im Bereich des mit der aktiven Masse (7) bedeckten Bereichs des Gitters (11) aufweist.
Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (61) durch Herausdrücken von bereits in das Gitter (11) eingebrachter aktiver Masse (7), durch Herausstanzen eines Teils des Gitters (11) oder durch entsprechende Formgebung des Gitters (11) während des Herstellprozesses mit einem lochförmigen Bereich erzeugt ist.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektrodenplatten (56), die benachbart zueinander angeordnet sind, das wenigstens eine Loch (61) aufweisen, wobei die Löcher (61) überlappend sind und einen Kanal (70) in dem blockförmigen Elektrodenplattenstapel bilden.
Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (61) benachbarter Elektrodenplatten (56) genau fluchtend zueinander angeordnet sind.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (61) in einem Abstand von wenigstens 10% der Höhen- und Breiten-Erstreckung (H, B) der Elektrodenplatte (56) vom Rahmen (12, 14, 16, 18) entfernt angeordnet ist.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur positive Elektrodenplatten (56) das Loch (61) aufweisen.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (61) kreisförmig, oval, rechteckig, quadratisch, dreieckig oder vieleckig ist.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Elektrodenplatten (56), insbesondere die Elektrodenplatten (56) einer bestimmten Polarität, mit einem Separatormaterial (66) beschichtet sind, wobei das Separatormaterial (66) auch das Loch (61) der Elektrodenplatte (56) überdeckt.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Elektrodenplatten (56), insbesondere die Elektrodenplatten (56) einer bestimmten Polarität, mit einem flüssigkeitsabsorbierenden Vlies-, Textil- oder Gewebematerial (6) beschichtet sind und der Akkumulator (50) Elektrolytflüssigkeit (58) aufweist, die im wesentlichen vollständig in dem Vlies-, Textil- oder Gewebematerial (66) gebunden ist.