DE2329362B2

DE2329362B2 -

Info

Publication number: DE2329362B2
Application number: DE2329362A
Authority: DE
Inventors: Hans-Kurt Dipl.-Ing. Dr. 6233 Kelkheim Koethe; Rudi 6243 Falkenstein Schneider
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1979-09-13
Also published as: GB1465964A; SE7407299L; DK139089B; NO140806B; NL178287B; DK139089C; NL178287C; NO140806C; DE2329362A1; US3928078A; DE2329362C3; FR2232840A1; DK299374A; FR2232840B1; IT1012727B; SE411817B; NL7407024A; NO742030L

Description

Die Erfindung betrifft eine durch Druckgas a'ktivierbare Batterie mit einem von den galvanischen Zellen getrennten Elektrolytvorratsraum, der nach Aktivierung als Expansionsraum zur Aufnahme der in den Zellen entstehenden Gase vorgesehen ist und dessen Überdruck durch eine öffnung abbaubar ist.

Bei schnell aktivierbaren Batterien wird mit Hilfe von Druckgas Elektrolyt über Verrohrungssystemc; in Zellen gepreßt, wobei der Elektrolyt aus Beuteln oder anderen Reservoiren herausgedrückt wird.

Problematisch ist dabei stets die Entlüftung der Zellen während der Entladung, um in den Zellen auftretendes Druckgas bzw. das während der Entladung anfallende Gas abzuführen.

Aus der US-PS 3510361 ist ein System zur Aktivierung und Entlüftung von Batterien bekannt. Das System umfaßt einen zylinderförmigen Elektrolytbehälter, dessen Elektrolytvorrat durch einen gasdruckbetriebenen Kolben in die Batterie gepreßt werden kann. Die zur Batterie führende Auslaßöffnung des Behälters ist mit einer durch Druck zerstörbaren Membran verschlossen. Sobald ein bestimmter Druck durch den in Richtung Membran verschobenen Kolben im Elektrolyten überschritten wird, bricht die Membran. Als Folge strömt Elektrolyt in die Batterie. Der Kolben preßt bei Annäherung an die mit der Aus-Iaßöffnung versehene Wand eine Nadel gegen eine zweite Membran, die den hinter dem Kolben befindlichen Raum mit der Süßeren Umgebung verbindet. Zur Entlüftung der Batterie dienen zwei Kanäle, die über ein Federventil mit dem hinter dem ilolben befindlichen Raum verbunden sind. Sobald der Gasdruck in der Batterie die Ansprechschwelle des Federventils übersteigt, wird eine Verbindung zwischen der Batterie und dem hinter dem Kolben befindlichen Raum hergestellt. Über diesen Raum gelangen die aus

ι "· der Batterie strömenden Gase zu der bereits zerstörten zweiten Membran und somit in die äußere Umgebung.

Weiterhin ist aus der US-PS 3075035 eine durch Druckgas betätigte Elektrolytfüllvorrichtung be-

-° kannt. In einem geschlossenen Elektrolytvorratsbehälter befindet sich eine Expansionsblase, die bei Aktivierung durch Druckgas aufgeblasen wird. Der Vorratsbehälter ist zudem mit einer Schneidevorrichtung versehen, die bei Aktivierung durch Zerstörung

*~> einer Trennwand den Vorratsbehälter mit dem Akkumulator verbindet. Der von der Expansionsblase verdrängte Elektrolyt kann somit in den Akkumulator gepreßt werden.

Als nachteilig erweist sich bei den beschriebenen

«ι Vorrichtungen die mangelhafte Gasabfuhr. Dadurch wird während der Aktivierungsphase das Einströmen des Elektrolyten verzögert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnelle aktivierbare Batterie zu bauen, bei der mit verhältnismä-

r. ßig geringem Aufwand sowohl ein Bersten bei der Entladung als auch ein Austreten von Elektrolyt verhindert wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Elektrolytbehälter und die Zellen über Entlüftungsleitungen

■«> und Aktivierungsleitungen miteinander verbunden sind, daß eine Entlüftungsleitung an ein eine Öffnung besitzendes Entlüftungsventil angeschlossen ist, daß der Elektrolytbehälter über eine Aktivierungsgasleitung mit dem Druckgasbehälter und mit einem eine

t> Öffnung besitzenden Absteuerventil verbunden ist, daß in die Aktivierungsleitung ein Laugeventil geschaltet ist und daß die beiden Ventile und das Laugeventil über Antriebsgasleitungen an den Druckgasbehälter angeschlossen sind und daß der Druck in der

"><> Aktivierungsgasleitung über ein einstellbares Ventil abbaubar ist.

Im folgenden wird anhand der Fig. 1 und 2 der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße automatisch

>*> aktivierbare Batterie mit zwei Schieberventilen dargestellt;

Fig. 2 zeigt eine automatisch aktivierbare Batterie gemäß Fig. 1; bei dieser Ausführungsform sorgt ein einziges Schieberventil für eine sichere Funktion der

«in Batterie bei der Aktivierung und der Entladung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System (Fig. 1). bei dem der Elektrolyt aus einem oder mehreren Beuteln 1 oder aus Kammern gleichzeitig herausgepreßt und den elektrochemischen Zellen zugeführt wird.

hi Dieses Herauspressen geschieht vorzugsweise mit Druckgas aus einem Reservoir begrenzten Volumens 2, wobei das Gas in einen Expansionsraum 3 zwischen einer feststehenden Wand 4 und dem Beu-

tel 1 oder einer beweglichen Wand der vorerwähnten Kammer geleitet wird. Beim Einströmen des aus den Beuteln 1 oder den Kammern gepreßten Elektrolyten in die Zellen 5 wird dort Gas verdrängt, daß in einer gemeinsamen Entlüftungsleitung 6 aus den Zellen 5 abgeführt wird. Erfindungsgemäß mündet diese Entlüftungsleitung 6 in eine Elektrolytfalle 7, aus der das Gas über eine Ventilkonstruktion 8 über einen Ausgang 21 entweicht.

In Fig. 1 ist diese Ventilkonstruktion 8 ein über Antriebsgasleitung 22 angesteuertes Schieberventil; statt dessen kann bei einer anderen Variante, bei der auf die Rückführung 11, 23 verzichtet wird, auch ein Sicherheitsventil (wie beispielsweise ein federbelastetes Ventil) verwendet werden.

In jedem Fall wird der Druck im Expansionsraum 3 bzw. in der Aktivierungsgasleitung 19 erfindungsgemäß durch eine öffnung abgebaut, die vorzugsweise in ein einstellbares Ventil 9 oder eine Kapillare 9 mündet, welche den Vorzug haben, daß eine relativ genaue Einstellung der Entlüftungszeit möglich ist. Nach erfolgter Entlüftung bewegen sich die Schieber der Ventile 8 und 12 in ihre in Fig. 1 angegebene Ruhelage zurück. Obwohl diese Entlüftungszeit in weiten Grenzen gewählt werden kann, wird sie erfindungsgemäß so festgelegt, daß die Entlüftung des Expansionsraums 3 bzw. der Leitung 19 dann erfolgt ist, wenn die Zellen im Zuge ihrer Entladung zu gasen beginnen. Dadurch wird erreicht, daß dieses Zellengas entweder

- bei Anwendung der Schiebersteuerung gemäß Fig. 1 auf dem Wege 11 und 23 in den Expansionsraum des Druckgases geleitet wird oder

- bei Anwendung eines Sicherheitsventils anstelle der Schieberkonstruktion auf dem Wege über den Laugekanal 10 in den nun entleerten Elektrolytbeutel zurückströmen kann.

In beiden Fällen werden vom Gas mitgerissene Elektrolytreste in dem Behälter 4 vom Gas separiert. Das gereinigte Gas kann dann über die Aktivierungsgasleitung 19 geführt durch die öffnung 17 austreten, im zweiten Fall natürlich erst dann, wenn es durch gewissen Überdruck, den das Sicherheitsventil halten muß, den Elektrolytbeutel zum Bersten gebracht hat. Im ersten Fall erhöht sich der Zelleninnendruck beim Betrieb praktisch nicht über den Umgebungsdruck der Batterie, im zweiten Fall nur um den Betrag des Berstdrucks des Elektrolytbeutels.

Erfindungsgemäß wird das Entlüftungsventil 12 in das System miteinbezogen. Hiermit hat es folgende Bewandtnis:

Da die bei der Entladung in den Zeilen entstehenden Gasmengen nicht vollständig durch das einstellbare Ventil 9 oder die Kapillare 9 entweichen können, würde sich nach kurzer Zeit ein Druck im Expansionsraum 3 und damit in den Zellen 5 aufbauen, der bald erheblich über dem Umgebungsdruck liegen würde.

Um dieses zu vermeiden, wird der Expansionsraum 3 erfindungsgemäß bereits dann durch ein Absteuerventil 12 geöffnet, wenn der Druck des Gases, das das Auspressen der Elektrolytbeutel beim Aktivieren veranlaßt hat, im Expansionsraum 3 vorzugsweise annähernd gleich dem Umgebungsdruck geworden ist. Diese öffnung im Expansionsraum ist räumlich so angeordnet, daß nur laugefreies Gas aus ihr entweichen kann. Das genannte Absteuerventil 12 wird erfindungsgemäß bei Beginn der Aktivierung durch das hochgespannte Druckgas gegen den Druck einer Feder geschlossen und öffnet sich unter diesem Federdruck, sobald der Druck im Expansionsraum unter einen bestimmten Wert gesunken ist. In diesem Augenblick, wird der Druck im Expansionsraum 3 praktisch schlagartig auf den Wert des Umgebungsdrucks der Batterie reduziert.

Bei der in Fig. 2 angegebenen Variante der Erfindung sind die Ventilkonstruktionen 8 und 12 zu der Einheit 24 kombiniert worden. Der seitliche Ablauf beim Arbeiten dieses Systems sei ammnd von Fig. 2 nochmals erläutert:

Das öffnen von dem Druckgasventil 13 läßt hochgespanntes Druckgas aus Reservoir 2 gleichzeitig auf das Drosselstück 14, das Laugeventil 15 und das Schieber ventil 24 treffen. Dabei verschließt der Schieber 16 die öffnung 17 und die Mündung von der Entlüftungsleitung 23 in das Ventil 24, so daß sich im Expansionsraum 3 Druck aufbauen kann. Gleichzeitig wird dem in den Zellen 5 befindlichen Gasen der Weg über die Leitungen 6 und 11 und öffnung 21 in die Umgebung der Batterie freigegeben. Auch das Laugeventil 15 hat inzwischen den Laugebeutelausgang geöffnet. Verzögert durch das Drosselstück 14 baut sich nunmehr im Druckraum 3 ein Gasdruck auf, der die Lauge aus dem Beutel 1 herauspreßt.

Die Entlüftung über Kapillare 9 des Expansionsraums 3 beginnt bereits mit dem Einströmen des Druckgases und endet, ehe die Zellen 5 im Zuge rhrer Entladung zu gasen beginnen. Das Ende dieser Belüftungwird dadurch bestimmt, daß der Schieber 16 nach oben geht und dem Gas im Druckraum 3 die große öffnung 17 freigibt. Gleichzeitig wird auch Entlüftungsleitung 23 freigegeben und öffnung 21 verschlossen, so daß das aus den Zellen austretende Gas nun über Entlüftungsleitung 11 nicht mehr direkt in die Umgebung der Batterie gelangt, sondern auf dem Umweg über den als Reinigungsvorlage wirkenden Expansionsraum 3, die Aktivierungsgasleitung 19 sowie die öffnung 17.

Bei einer erfindungsgemäßen automatisch aktivierbaren Batterie stellt sich sowohl bei der Aktivierung als auch bei der Entladung immer ein Innendruck der einzelnen Zellen ein, der nur wenig höher ist, als der Umgebungsdruck der Batterie. Damit wird mit Sicherheit ein Bersten der Batterie und ein Austreten von Lauge vermieden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durch Druckgas aktivierbare Batterie miit einem von den galvanischen Zellen getrennten Elektrolytvorratsraum, der nach Aktivierung als Expansionsraum zur Aufnahme der in den Zellen entstehenden Gase vorgesehen ist und dessen Überdruck durch eine öffnung abbaubar ist, d adurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytbehälter (1) und die Zellen (5) über Entlüftungsleitungen (6,11,23) und Aktivierungsleitungen (10) miteinander verbunden sind, daß eine Entlüftungsleitung (11) an ein eine öffnung (21) besitzendes Entlüftungsventil (8) angeschlossen ist, daß der Elektrolytbehälter (1) über eine Aktivierungsgasleitung (19) mit dem Druckgasbehälter (2) und mit einem eine öffnung (17) besitzenden Absteuerventil (12) verbunden ist, daß in die Aktivierungsleitung (10) ein Laugeventil (15) geschaltet ist \ind daß die beiden Ventile (8,12) und das Laugeventil (15) über Antriebsgasleiturigen (22) an den Druckgasbehälter (2) angeschlossen sind und daß der Druck in der Aktivierungsgasleitung (19) über ein einstellbares Ventil (9) abbaubar ist.

2. Batterie nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsgasleitung (19) über ein Drosselstück (14) mit der Antriebsgasleitung (22) verbunden ist.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (11) über eine Elektrolytfaile (7) κ Jt der Entlüftungsleitung (6) verbunden bt.

4. Batterie nach einem der A ispriiche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (8, 12) zu einem Ventil (24) zusammengefaßt sind.

5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Ventil (9) am Elektrolytbehälter (1) angeordnet ist.