DE2324389A1

DE2324389A1 - Verfahren zur herstellung eines voll geladenen akkumulators

Info

Publication number: DE2324389A1
Application number: DE2324389A
Authority: DE
Inventors: Robert F Amlie; Eugene Yehuda Weissman
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1972-07-12
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1974-01-03
Also published as: FR2192387B1; CA986987A; BE802098A; AR195108A1; US3834946A; ZA732797B; AU5434773A; JPS4958332A; BR7304555D0; IT991093B; ES414997A1; FR2192387A1

Description

PATENTANWÄLTE HENKEL— KERN — FEILER — HÄNZEL — MÜLLER

DR. I¹IIIL. IJIPL.-ING. DR. RLR. NAT. DIPI..-ING. DIPI..-ING.

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MAI 1973

GLOBE-UNION INC. Milwaukee, Wise. / USA

"Verfahren zur Herstellung eines voll geladenen Akkumulators"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Akkumulatoren, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Blei/Säure-Akkumulatoren mit hohem Aufladungsgrad auch nach längerer Lagerung. Durch dieses Verfahren können zahlreiche der mit der Formierung und Behandlung von Akkumulator-Platten zur Aufrechterhaltung eines Ladungszustandes während der Lagerung verbundenen Schwierigkeiten ausgeräumt werden.

Seit einigen Jahren ist es bei der Herstellung von Akkumulatoren üblich, diese am Pertigungsort aufzuladen, sodann ohne den Elektrolyten zu einem Groß- oder Einzelhändler zu versen-

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den und sie hierauf durch einfaches Einfüllen des Elektrolyten zu aktivieren. Mit diesen Maßnahmen können zahlreiche der Probleme ausgeschaltet werden, die üblicherweise mit der Wartung und Alterung von voll aufgeladenen, naß gefüllten Akkumulatoren verbunden sind, die in einem Lager aufbewahrt werden. Die Fertigung von trockengeladenen Akkumulatoren wirft jedoch wirtschaftliche und technische Probleme bei der Behandlung bzw. Bearbeitung auf, z.B. beim Waschen und Trocknen der Plattenanordnungen nach dem Aufladen oder Pormieren derselben. Bei zahlreichen bekannten Verfahren sind anschließende Maßnahmen notwendig, um nach dem Einfüllen des Elektrolyten einen vollen Ladungszustand des Akkumulators zu erreichen. Beispielsweise wird gemäß der US-PS' 2 880 520 Heißluft zum Trocknen der Platten benutzt, wobei eine außerordentlich hohe Strömungsgeschwindigkeit angewandt wird. Diese Trocknungsverfahren sind kostspielig und zeitraubend, da die schnellströmende Luft in großen Mengen und während längerer Zeitspannen angewandt werden muß. Dies ist darauf zurückzuführen, daß es als erforderlich angesehen wird, die gesamte Restfeuchtigkeit von den Platten zu entfernen. Ein weiteres Beispiel für ein solches Lufttrocknungsverfahren findet sich in der US-PS 3 314 158. In der US-PS 1 468 259 ist ein Verfahren zur Herstellung von trocken geladenen Akkumulatoren angegeben, bei dem die Platten nach dem Formieren mehrmals gewaschen werden und nach dem letzten Waschvorgang das gesamte Wasser aus den Zellen abgelassen wird.

Der Erfindung liegt damit in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines trockengeladenen Akkumulators zu schaffen, bei dem das Erfordernis für ein gründliches Waschen und vollständiges Trocknen der Platten entfällt, wobei der so hergestellte, trockengeladene Akkumulator gute Lagerbeständigkeit und gute Aktivierungs-

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eigenschaften besitzen soll. Der Akkumulator soll dabei seinen Ladungszustand beibehalten, und das Verfahren soll kostensparend und ohne Notwendigkeit für zusätzliche Investitionen oder spezielle Handhabungstechniken durchführbar sein. Ausserdem sollen die nach diesem Verfahren hergestellten Akkumulatoren gute Aktivierungseigenschaften besitzen und die strengen Vorschriften für das Entfernen des Elektrolyten sollen entfallen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines voll geladenen Akkumulators, der durch Zugabe von Elektrolyt aktivierbar ist und der ein Gehäuse mit mindestens einer Zellenkammer und mindestens einem Sammlerelement aufweist, das aus mehreren positiven und negativen Platten mit zwischengefügten Separatoren besteht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst Pormierelektrolyt in die Zellenkammer eingefüllt wird, das Sammlerelement formiert wird, sodann das Sammlerelement während einer solchen Zeitspanne im Pormierelektrolyten belassen wird, daß die positiven Platten einer Selbstentladung um einen endlichen Betrag unterliegen, danach das Sammlerelement einer Schnell-Ladung ausgesetzt wird, anschließend der Elektrolyt aus dem Gehäuse entfernt wird und schließlich das die Platten enthältende Gehäuse mit Wasser gefüllt wird. Gewünschtenfalls kann der Akkumulator in diesem Zustand gelagert oder versandt werden, oder das Wasser kann nach einer Zeitspanne von etwa 1 Min. bis 1 Std. entfernt werden, indem einfach das Wasser aus dem Akkumulator ausgeschüttet wird, die negativen bzw. Minusplatten durch Einleitung von Luft in das Gehäuse passiviert werden und sodann das Gehäuse für Versand und Lagerung verschlossen wird.

Der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Akkumulator ist von herkömmlicher Bauart mit einem mehrere Zellen aufweisenden Gehäuse, das eine Anzahl von Trennwänden aufweist, die unter Bildung von Zellenkammern einstückig bzw. materialein-

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heitlich mit dem Gehäuse verschweißt sind. Die Sammlerelemente sind ebenfalls von herkömmlicher Bauart und bestehen aus positiven und negativen Platten, die mit zwischengefügten Separatoren einander abwechselnd angeordnet sind und bei denen Polbrücken entgegengesetzter Polarität elektrisch mit den betreffenden positiven und negativen Platten jedes der in die betreffende-Zellenkammer eingesetzten Elemente verbunden sind. Die in den endseitigen Zellenkammern befindlichen Elemente sind mit Anschlußzapfen versehen, die entweder aufwärts durch den Akkumulator-Deckel oder über eine Gehäuse-Außenwand nach außen ragen, um elektrisch in den Stromkreis, in welchem der Akkumulator verwendet werden soll, eingeschaltet zu werden. Die die betreffenden positiven und negativen Platten jedes Elements miteinander verbindenden Polbrücken sind mit nach oben abstehenden Anschlußfahnen bzw. Zellenverbindern versehen. Die Polbrücken und die Anschlußfahnen bzw. Zellenver- · binder sind nach einem zweckmäßigen Verfahren und mittels einer zweckmäßigen Vorrichtung, beispielsweise-denjenigen gemäß den US-PSen 3 087 005 und 3 253 306, oder nach einem Gasbrennverfahren an die Platten angegossen.

Nach dem Einbau der Elemente in die Zellenkammern werden die positiven Platten des einen Elements elektrisch mit den negativen Platten des in der benachbarten Zelle befindlichen Elements verbunden, indem die betreffenden Zellenverbinder auf herkömmliche Weise miteinander verbunden werden, und zwar vorzugsweise in einer öffnung in der Trennwand, z.B. nach dem allgemein in der ÜS-PS 3 313 658 beschriebenen Verfahren.

Nach der Herstellung der Verbindungen zwischen den Zellen wird der Akkumulator dann auf übliche Weise formiert bzw. geladen. Dieser Arbeitsgang wird vorzugsweise durchgeführt, während der Deckel noch nicht am Gehäuse angebaut und mit ihm

verschweißt ist; es ist jedoch innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich, den Deckel vor dem Formieren am Gehäuse anzu-

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bringen und ihn mit dem Gehäuse zu verschweißen. Die Zellenkammern werden sodann mit dem üblichen Akkumulator-Formierelektrolyten, z.B. Schwefelsäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,100 gefüllt, worauf der Akkumulator in einen Ladestromkreis eingeschaltet wird, und zwar im allgemeinen in Reihe mit einer Anzahl weiterer Akkumulatoren. Die Akkumulatoren werden dann voll aufgeladen, und nach dem Formieren kann ein Entladungsversuch mit hoher Stromstärke durchgeführt werden, um die Integrität der inneren elektrischen Verbindungen festzustellen. Nach dem Formieren bleiben die Elemente während einer solchen Zeitspanne, daß eine gewisse, begrenzte bzw. endliche Selbstentladung der positiven Platten stattfinden kann, in der Formiersäure stehen, worauf die Akkumulator-Elemente einer Schnell-Ladung unterworfen werden. Hierauf wird der Elektrolyt aus dem Akkumulator-Gehäuse ausgeschüttet, und der Akkumulator wird danach mit Wasser gefüllt. Gewünschtenfalls kann der Akkumulator in diesem Zustand und mit aufgesetzten Entlüftungs-Kappen, um ein Verdunsten des Wassers zu verhindern, gelagert werden. Wenn der Akkumulator nicht in seinem mit Wasser gefüllten Zustand versandt werden soll, kann das Wasser etwa 5 Min. bis 1 Std. im Akkumulator belassen und dann ausgeschüttet werden. Hierauf wird Luft in das Gehäuse eingeleitet, um die negativen Platten zu passivieren. Schließlich wird der Akkumulator verschlossen, worauf er für die Lagerung oder den Versand bereitsteht.

Das genannte Passivieren erfolgt am besten nach dem in der deutschen Patentanmeldung P 23 22 531*2 beschriebenen Verfahren. In dieser Patentanmeldung sind ein Luftdiffusionsverfahren sowie ein Zwangslufteinblasverfahren beschrieben, wobei das Eindringen von Luft in den Akkumulator und zu den negativen Platten ermöglicht wird, indem die Platten zwei bis sechs Stunden lang der Umgebungsluft ausgesetzt werden, oder

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wobei die Luft durch Einblasen unter Verwendung von Druckluft während einer Zeitspanne von 0,5 - 10 Min. in den Akkumulator eingeblasen wird.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie auf die genauen angegebenen Bedingungen, Maßnahmen und Werkstoffe zu beschränken.

Beispiel

Zwei 60 Ah-Kraftfahrzeugäkkumulatoren vom Typ 2²IC wurden mit Formiersäure mit'einem spezifischen Gewicht von 1,090 - 1,095 gefüllt und mit einem Ladestrom von· 7,8 A 19 Stunden lang aufgeladen. Nach dieser Aufladezeit blieben die Akkumulatoren mit der in ihnen enthaltenen Elektrolytsäure 72 Std. lang stehen, um eine endliche Entladung zu bewirken, worauf sie 2 Std. lang mit 5 A schnell aufgeladen wurden. Anschließend wurde der Elektrolyt aus den Akkumulatoren ausgeschüttet, und letztere wurden in umgekipptem Zustand etwa 5 Min. lang zum Auslaufen stehengelassen. Nach dem Auslaufen wurden die Akkumulatoren mit Wasser gefüllt und 1 Min. lang in diesem Zustand belassen. Nach diesem Wässern wurde das V/asser aus den Akkumulatoren ausgeschüttet, worauf die Akkumulatoren mit entsprechenden Dichtungskappen verschlossen wurden. Anschließend waren die Akkumulatoren für Lagerung und/oder Versand bereit.

Beispiel

Dieses Beispiel veranschaulicht die Lagerbeständigkeit und die Ladungseigenschaften der gemäß Beispiel 1 hergestellten Akkumulatoren.

Ein Akkumulator, der zwei Tage lang bei 49°C gelagert und

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1 Std. lang der Außenluft ausgesetzt worden war, um die negativen Platten teilweise zu oxydieren, wurde in verschlossenem Zustand einen Monat lang bei ¹IS)⁰C gelagert. Bei der Prüfung in einem offenen Stromkreis hielt er bei einer Akkumulator-Temperatur von -1,1 C während einer Zeitspanne von 3,72 Min. bei 150 A eine Spannung von mehr als 1 V pro Zelle aufrecht. Ein anderer Akkumulator, der unter den gleichen Bedingungen wie der erste Akkumulator gelagert und ebenfalls teiloxydiert worden war, hielt nach 3,5-monatiger Lagerung eine Entladungsspannung von 1 V pro Zelle während einer Zeitspanne von 1,04 Min. aufrecht. Hierbei besaß der erste Akkumulator ein spezifisches Gewicht des Elektrolyten von 1,223 und der zweite Akkumulator ein solches von 1,219» wenn zur Hervorbringung eines Ladezustandes Aktiviersäure mit einer Wichte von 1,265 zugesetzt wurde.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß zwei weitere Akkumulatoren, die nach den Arbeitsgängen und unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 behandelt und den gleichen Lagerungsbedingungen sowie derselben Oxydationsbehandlung wie die ersten beiden Akkumulatoren unterworfen wurden, nur mit dem Unterschied, daß sie 15 Min. lang mit Wasser gefüllt blieben, infolge übermäßiger Drücke mit davon·herrührendem Bruch der Gehäuse-Deckel-Verbindung keine brauchbaren Akkumulatoren lieferten. Durch diesen Bruch kamen die negativen Platten mit Luft in Berührung, so daß sie ihre Ladung verloren. Der Druckaufbau kann nunmehr durch Anwendung der vorher genannten Passivierung verhindert werden, wobei eine gergelte Sauerstoff menge in die Zellen eingeleitet wird, beispielsweise indem sie gemäß der Lehre der genannten deutschen Patentanmeldung zwei bis sechs Stunden lang der Luft ausgesetzt werden oder indem Luft oder Druckluft- in sie eingeblasen wird.

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Beispiel 3

Ein Akkumulator der Art gemäß Beispiel 1 wurde formiert und dann durch Schleudern unter den in der US-PS 3 652 3^7 beschriebenen Bedingungen vom Elektrolyten befreit. Anschliessend wurde er mit Wasser gefüllt und in diesem Zustand gelagert und/oder zu seinem Bestimmungsort versandt. Gewünschtenfalls kann der Akkumulator dabei mit einer Verschlußkappe abgedichtet werden, um einen Verdunstungsverlust des Wassers zu verhindern. Wenn der Akkumulator dann aktiviert werden soll, wird das Wasser einfach aus ihm ausgeschüttet, worauf er durch Zugabe von Aktivierelektrolyt aktiviert werden kann.

Beispiel ¹I

Wenn der nach Beispiel 3 hergestellte Akkumulator nach 328-tägiger Lagerung bei Raumtemperatur geprüft wurde, dauerte es etwa 5>5 Min., bis seine Spannung beim Entladungsversuch gemäß Beispiel 2 unter den Mindestwert von 1 A pro Zelle abfiel. Nach 406 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur wurde eine Spannung von 1 V pro Zelle etwa 5,25 Min. lang aufrechterhalten.

Im Zusammenhang mit Beispiel 3 ist zu beachten, daß der Akkumulator durch Schleudern vom Elektrolyten befreit wurde. Dies ist jedoch nicht erforderlich, da die sich aus dem Füllen des Akkumulators mit Wasser ergebenden Vorteile auch dann erreicht werden, wenn die Restmenge des Formierelektrolyten, die beim Ausschütten nicht abläuft, nicht entfernt wird.

Im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Verfahren^smaßnahmen gemäß den Beispielen 1 und 3 ist darauf hinzuweisen, daß je nach der Zeitsteuerung jedes Verfahrensschritts und

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der aus den betreffenden Akkumulatoren ausgeschüttete Wassermenge das spezifische Gewicht des Aktivierelektrolyten vorzugsweise höher ist als das normale spezifische Gewicht von 1,265> damit Akkumulatoren erhalten werden, deren Elektrolyt die normalerweise erforderliche Wichte von 1,265 besitzt.

In Beispiel 1 ist eine Zeitspanne von 5 Min. für das Ablassen des Elektrolyten aus dem Akkumulator vor dem Passivieren der negativen Platten angegeben. Diese Zeitspanne kann zwischen einem Mindestwert von etwa 2 Min. und bis zu 10 Min. liegen. Für das Befüllen des Akkumulators mit V/asser und für das anschließende Entleeren des Wassers aus dem Akkumulator ist in Beispiel 1 eine Zeitspanne von etwa.l Min. angegeben, während welcher das Wasser im Akkumulator verbleibt. Diese Zeitspanne kann ebenfalls von mindestens 1 Min. bis zu etwa 1 Std. variieren, während die Zeit für das Passivieren mit Luft zwischen etwa 1,5 Min. und 10 Min., wenn die Luft in den Akkumulator eingeblasen wird, oder zwischen etwa 2 Std. und 6 Std. schwanken kann, wenn der Akkumulator der Außenluft ausgesetzt wird, so daß der Sauerstoff in die negativen Platten eindiffundieren kann. Ausserdem ist in den Beispielen ein Verfahren beschrieben, bei dem die Platten während der verschiedenen Behandlungsschritte innerhalb des Akkumulatorgehäuses festgelegt sind. Dies braucht jedoch nicht unbedingt der Fall zu sein, da die Platten auch außerhalb des Gehäuses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren formiert und behandelt werden können.

Ersichtlicherweise wurde somit mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von geladenen Akkumulatoren mit langer Lagerbeständigkeit und hohem Wiederaufladungsvermögen geschaffen, bei dem der bisher als erforderlich angesehene Trocknungsschritt in Fortfall kommt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Anwendung einfacher mechanischer Maßnahmen und ohne Erfordernis für große Kapitalinvestitionen durchgeführt werden. Dabei

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braucht das Ende des Verfahrensablaufs nicht genau bestimmt zu werden, und das Verfahren kann ohne Notwendigkeit für qualifiziertes Personal durchgeführt werden. Das Verfahren kann schnell und mit einer Mindestzahl an Verfahrensschritten durchgeführt werden.

Dem Fachmann ist es anhand der vorstehenden Offenbarung möglich, das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren, wobei ersichtlicherweise die Erfindung nicht notwendigerweise auf die speziellen, dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern zahlreichen Änderungen und Abwandlungen zugänglich ist.

Zusammenfassend wurde mit der Erfindung somit ein Verfahren zur Herstellung eines geladenen Akkumulators mit guter Lagerbeständigkeit und guten Wiederaktivierungseigenschaften geschaffen, bei dem der Sammler nach dem Einfüllen des Elektrolyten auf übliche Wei.se im Formierelektrolyten formiert wird, sodann die formierten Platten in der Formiersäure belassen werden, während sie mit einer elektrischen Ladung aufgeladen werden, danach der Elektrolyt aus dem formierten Akkumulator entfernt wird und schließlich der Akkumulator mit Wasser gefüllt wird. Das Wasser kann im Akkumulator belassen werden, wobei letzterer in diesem Zustand gelagert oder versandt werden kann. In bevorzugter Ausführungsform wird das Wasser nach dem Stehenlassen des Akkumulators während einer Zeitspanne von etwa 5 Min. bis 1 Std. aus dem Akkumulator entfernt, wobei die negativen Platten durch Einführung von Sauerstoff in den Akkumulator passiviert'werden, worauf der Akkumulator verschlossen und gelagert und/oder versandt wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

1. Verfahren zur Herstellung eines voll geladenen Akkumulators, der durch Zugabe von Elektrolyt aktivierbar ist und der ein Gehäuse mit mindestens einer Zellenkammer und mindestens einem Sammlerelement aufweist, das aus mehreren positiven und negativen Platten mit zwischengefügten Separatoren besteht, dad.urch gekennzeichnet , daß zunächst Pormierelektrolyt in die Zellenkammer eingefüllt wird, das Sammlerelement formiert wird, sodann das Sammlerelement während einer solchen Zeitspanne im Formierelektrolyten belassen wird, daß die positiven Platten einer Selbstentladung um einen endlichen Betrag unterliegen, danach das Sammlerelement einer Schnell-Ladung ausgesetzt wird, anschließend der Elektrolyt aus dem Gehäuse entfernt wird und schließlich das die Platten enthaltende Gehäuse mit Wasser gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß anschließend das Wasser aus dem Gehäuse entfernt wird, die negativen Platten durch Kontaktierung mit Sauerstoff passiviert werden und das Gehäuse sodann verschlossen wird.

3- Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse verschlossen wird, nachdem es praktisch mit Wasser gefüllt worden ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Wasser vor dem Entfernen während einer Zeitspanne von etwa 1 Min. bis zu etwa 1 Std. im Gehäuse belassen wird.

5« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Sauerstoffeinführung zum Passivieren der negativen Platten durch Einblasen von Luft in das Gehäuse durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet , daß das -Einblasen von Luft während einer Zeitspanne von etwa 1,5 - 10 Min. vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß das Gehäuse zum Entfernen des Elektrolyten während einer Zeitspanne von mindestens etwa 2 Min. bis etwa 10 Min. in um l80° umgekippter Lage belassen wird.

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