DE2413638A1

DE2413638A1 - Gasabzug in bleiakkumulatoren

Info

Publication number: DE2413638A1
Application number: DE2413638A
Authority: DE
Inventors: William Leslie Mcdowall
Original assignee: Dunlop Australia Ltd
Current assignee: Dunlop Australia Ltd
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1974-10-17
Also published as: FR2222758A1; IT1011123B; AU6674474A; FR2222758B3

Description

DR.-ING. VON KREISLEk UR.-ING. SCHÖN WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES Dl PL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH DIPL-ING. SELTING

5 KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 20. März 1974 Ke /Ax

DUNLOP AUSTRALIA LIMITED,

108 Flinders Street, Melbourne (Australien)

Gasabzug in Bleiakkumulatoren

Während des xiachladens eines üblichen Bleiakkumulators wird Gas vom Elektrolyten entwickelt, wodurch kleine 'Säuretröpfchen in den Gasraum oberhalb des Elektrolyten geschleudert werden. Dieses entwickelte Gas niir.mt dann den zerstäubten Elektrolyten durch die im allgemeinen in den Verschlußstopfen der Einfüllöffnungen angeordneten Gasabzugsöffnungen mit sich. Diese Säuretröpfchen können sich dann auf der Umgebung der Batterie absetzen und verursachen schnelle Korrosion der Metallteile. Ebenso kann Säure durch die Gasabzugsöffnungen entweichet., wenn die Batterie sehr stark gekippt oder gerüttelt wird«

Gegenstand der Erfindung ist eine Gasabzugsöffnung für Batterien, die den Austritt von Säure durch die Öffnung verhindert.

Gemäß der Erfindung werden die Gasabzugsöffnungen von Bleiakkumulatoren durch eine mikroporöse hydrophobe Folie verschlossen. Durch die hydrophobe Eigenschaft der Folie wird der Durchgang von flüssigem Elektrolyten durch die Öffnungen verhindert, während die Mikroporen das Gas durch die Öffnungen entweichen lassen«

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Es gibt zahlreiche Werkstoffe, aus denen die Folie hergestellt v/erden kann, jedoch wird Polytetrafluoräthylen bevorzugt. Eine gereckte Polypropylenfolie in der Form, wie sie unter der Bezeichnung "Celgard" (Hersteller Celanese Corporation) im Handel ist, ist ebenfalls geeignet, besonders wenn die entwickelten und entweichenden Gasmengen verhältnismäßig gering sind.

Die Folien können selbsttragend sein und lediglich an der Zelle so befestigt werden, daß sie die Gasabzugsöffnung verschließen, oder sie können an einem geeigneten Träger, der an der Zelle befestigt wird, angebracht sein. Bei einer praktischen Ausführungsform wird eine Polytetrafluoräthylenfolie durch Heißsiegeln unmittelbar so auf das aus Kunststoff bestehende Batteriegehäuse aufgebracht, daß sie die Gasabzugsöffnungen bedeckt. Es ist auch möglich, die Folie durch Heißsiegeln um ihren Umfang an einem Haltering zu befestigen, der seinerseits mit dem Batteriegehäuse verbunden ist. Die Wahl des Folienmaterials und der Dicke und Größe der Folie hängt von der maximalen Gasdurchflußmenge und dem maximalen Flüssigkeitsdruck ab, die im Gebrauch der Batterie auftreten. Gasdurchflußmengen in der Größenordnung von

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77,5 cm /cm /Minute oder mehr bei einem Druck von nur 127 mm WS sind mit ungesintertem Polytetrafluoräthylen ohne weiteres erreichbar. Normalerweise hat die Folie eine Dicke zwischen 25,4 und 508 n_o

Bei einem Versuch wurde eine Scheibe aus poröser Polytetrafluoräthylenfolie von 25,4 mm Durchmesser und 0,254 mm Dicke selbsttragend an einem Batteriegehäuse

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befestigt. Es wurde gefunden, daß die Folie 2 cm Gas/ Minute durchließ, wenn der Gasdruck 914 mm WS betrug» Ein Ersatz des Gases durch Wasser ergab, daß die Folie einen Wasserdruck von 1270 mm VfS aushalten konnte, ohne daß eine mechanische Schädigung eintrat oder Wasser die Folie durchdringen konnte.

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Bei einem weiteren Versuch, "bei dem eine Scheite aus einer porösen Polytetrafluoräthylenfolie von 25,4 mm Durchmesser und 152 u Dicke in ein Gehäuse mit zusätzlicher mechanischer Stütze eingesetzt wurde, hielt die Folie einen Wasserdruck von 2540 mm WS aus, ohne Wasser

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durchtreten zu lassen. Ferner ließ sie 20 cm Gas/Minute durch, wenn sie einem Gasdruck von 1020 mm WS ausgesetzt wurde.

Bei einem weiteren Versuch hielt eine gereckte Folie aus Propylen der.Handelsbezeichnung "Celgard" von 25,4 >u Dicke und 19 mm Durchmesser einen Druck von 2540 mm WS aus, ohne Wasser durchzulassen oder mechanisch zu versagen. Ferner ließ diese Folie 10 cm Gas/Minute unter einem Druck von 635 mm ViS durch.

Bei der Anwendung der Erfindung auf handelsübliche Batterien muß normalerweise eine Unterlage für die Folie zur Verhinderung einer zu starken Durchbiegung hei Einwirkung von Druck und/oder ein Schutz gegen zufällige Beschädigung vorgesehen werden.

Insbesondere kann die Batterie bei Verwendung als Starterbatterie in Autos schnellen Luftdruckänderungen während der Beschleunigung und Verlangsamung des Fahrzeugs ausgesetzt sein. Hierdurch entstehen sowohl positive als auch negative Druckdifferenzen vom Innern des Batteriegehäuses nach außen_o Um dies zu berücksichtigen, kann an der Innenseite oder Elektrolytseite der Folie eine poröse Unterlage in Form eines Siebes·oder perforierten Elements und vorzugsweise ein mit Abzugsöffnung versebenes Element auf der Außenseite oder Atmosphärenseite der Folie vorgesehen werden. Der mit Abzugsöffnung versehene Bauteil weist nur ein einziges Loch auf, um den Eintritt von Staub und anderen Fremdstoffen zu beschränken. Die Öffnungen im Sieb sind so klein, daß die Folie gestützt wird, jedoch groß genug, um angesammelte Elek-

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trolyten von der Folie ablaufen zu lassen.

Es wurde gefunden, daß die Folie unter gewissen Betriebsbedingungen mit dem mit der Abzugsöffnung versehenen Bauteil verkleben kann, so daß es zweckmäßig ist, ein poröses Material, z.B. übliches Filterpapier, zwischen Folie und durchbohrtem Bauteil einzulegen. Die Verwendung dieses porösen Materials zwischen der Folie und dem mit der Abzugsöffnung versehenen Bauteil ist besonders wichtig, wenn der letztere nur eine öffnung oder eine geringe Zahl von öffnungen aufv/eist.

Eine für die Verwendung als mikroporöse hydrophobe Folie geeignete Polytetrafluoräthylenfolie kann nach einem (von Ξ.Ι. du Pont de Nemours entwickelten) Verfahren hergestellt werden, bei dem aus feinem Polytetrafluoräthylenpulver und einem großen Überschuß eines Gleitmittels wie Kerosin eine Aufschlämmung gebildet wird. Das überschüssige Gleitmittel wird dann abfiltriert und der erhaltene Kuchen sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung gewalzt oder kalandriert, um eine biaxial orientierte Folie mit der gewünschten lacke zu bilden. Die Folie wird dann getrocknet, aber nicht gesintert.

Es wurde ferner gefunden, daß sich häufig ein Schlammfilm auf der Innenseite oder -^lektrolytseite der Folie bildet und die Gasdurchlässigkeit der Folie verschlechtert» Dies ist die Folge davon, daß suspendiertes Material, das auf der Oberfläche des Elektrolyten in der Batterie schwimmt, zur Folie gelangt, wenn der Elektrolyt während des Ladens spritzt. Ein einfaches Spritzblechsystem kann vorgesehen werden, das den hochgeschleuderten Elektrolyten aufnimmt,bevor er mit der Folie in Berührung kommt.

Das Verschließen der Gasabzugsöffnung der Batterie mit einer Folie in der hier beschriebenen V/eise hat den weiteren Vorteil, daß Abzugsöffnungen an anderen Stellen

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des Batteriegehäuses als in der normalen oberen Wand des Gehäuses angeordnet werden können. Wenn beispielsweise zwei Abzugsöffnungen im Deckel an diagonal gegenüberliegenden Ecken und eine Abzugsöffnung im Boden des Gehäuses angeordnet wurden, könnte die Batterie betrieben werden, während jede beliebige Wand sich unten befindet, wobei wenigstens eine Abzugsöffnung sich über der Oberfläche des Elektrolyten befinden würde. Ferner lassen die Abzugsöffnungen unterhalb des Niveaus des Elektrolyten -keinen Elektrolyten entweichen.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlich an Hand von zwei praktischen Anordnungen der Abzugsöffnung der Batteriezelle unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.

Fig*1 zeigt perspektivisch eine übliche mehrzellige Batterie mit Gasabzugsöffnungen.

Pig.2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig.1.

Fig.3 ist ein ähnlicher Querschnitt wie Fig.2 und zeigt eine andere Konstruktion der Abzugs- und Einfüllöffnung.

Die in Fig.1 dargestellte Batterie hat grundlegend den üblichen Aufbau von Batterien, wie sie zur Zeit in Automobilen verwendet v/erden, mit einem rechteckigen Gehäuse 5, das gewöhnlich aus thermoplastischem Material besteht, und positiven und negativen Anschlußpolen 6, die vom Deckel des Gehäuses nach oben ragen. Bei der als Beispiel dargestellten Ausführunfrsforrn besteht die Batterie aus drei Zellen mit je einer gesonderten Gasabzugsöffnung 7 im Zellendeckel.

Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch eine der in Fig„1 dargestellten Gasabzugsöffnungen. Der Zellendeckel· 8 ist mit einer durch· den Deckel geführten Öffnung 10 ver-

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sehen, die abgestuft ist und eine ringförmige Schulter 11 "bildet. Die Folie 12 aus Polytetrafluoräthylen ist in die Öffnung 10 eingelegt und um ihren Umfang mit der ringförmigen Schulter 11 verbunden, so daß sie die Öffnung 10 bedeckt. Unmittelbar auf die Folie 12 ist ein poröses Papier 13 gelegt, das so beschaffen ist, daß die Gase unbehindert hindurchströmen können. Das äußere Ende der Öffnung 10 ist mit einem nicht-porösen Bauteil verschlossen, das vorzugsweise aus thermoplastischem Material besteht und dicht mit der Außenseite des Deckels 8 der Zelle verklebt ist. Ein kleines Loch 16 ist durch die volle Dicke des Bauteils 15 geführt, so daß die Gase ins Freie entweichen können.

Die Polytetrafluoräthylenfolie 12 ist mikroporös und hydrophob, so daß der flüssige Elektrolyt nicht hindurchtreten kann, während das Gas, das in der Zelle insbesondere während des Ladens entwickelt wird, die Folie 12 durchströmen und anschließend durch die Öffnung 16 ins Freie entweichen kann. Beispielsweise wird mit einer porösen Papierscheibe 13 aus üblichem Filterpapier und einer Folie 12 aus 76 η dickem Polytetrafluoräthylen ein Gasdurchsang von 20 cm /Minute erreicht, wenn die Anordnung einem Gasdruck von 457 mm WS ausgesetzt wird.

In Fig.3 ist der Gasabzug kein mit der Batterie 10 in einem Stück ausgebildeter Teil, sondern eine gesonderte Einheit, die in eine Öffnung im Deckel der Batterie geschraubt oder in anderer Weise darin befestigt ist. Gegebenenfalls kann diese Einheit so ausgebildet werden, daß sie nach dem Einsetzen in die Batterie mit dieser verklebt wird.

Der Gasabzug besteht aus einem Hohlkörper 20, in dem die Polytetrafluoräthylenfolie 21 angeordnet ist, die um ihren Umfang mit dem ringförmigen Vorsprung 23 auf der Innenwand des Hohlkörpers dicht befestigt ist. Das äußere

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Ende des Körpers ist durch den Bauteil 22 verschlossen, der ebenfalls um seinen Umfang mit dem oberen Rand des Hohlkörpers dicht verbunden und in der Mitte mit einer Gasabzugsöffnung 24 versehen ist. Zwischen der Polytetrafluoräthylenfolie und der Innenseite des Bauteils ist eine Scheibe aus porösem Papier 25 angeordnet, die verhindert, daß die Polytetrafluoräthylenfolie mit dem Bauteil 22 verklebt, wenn die Folie als Folge des Gasdrucks in den Zellen nach oben gewölbt wird. Der perforierte Teil 19, der mit dem Hohlkörper 20 in einem Stück ausgebildet ist, liegt unter der Polytetrafluoräthylenfolie und stützt sie, wenn der Gasdruck in der Zelle unter Normaldruck liegt, wie bereits erwähnt.

Unter gewissen Betriebsbedingungen ist es möglich, daß sich ein Schlamm an der Innenseite der Polytetrafluoräthylenfolie als Folge der Tatsache bildet, daß suspendierte Stoffe im Elektrolyten durch das Spritzen des Elektrolyten während des Ladens gegen die Folie geschleudert werden. Die Anwesenheit dieses Schlamms auf der Innenseite der Folie verschlechtert natürlich die Gasdurchlässigkeit der Folie und kann in extremen Fällen einen unerwünschten Druckanstieg in d er Batterie hervorrufen.

Die Bildung dieses Schlamms wird verhindert, indem eine allgemein zylindrische Ablenkplatte 26 am inneren Ende des Hohlkörpers 20 angeordnet wird. Diese Ablenkplatte verhindert, daß Elektrolyt oder während des Ladens nach oben geschleuderte Fremdstoffe in direkte Berührung mit der Polytetrafluoräthylenfolie kommen. Das entwickelte Gas kann durch die Öffnungen 27 und 28 in der zylindrischen Wand des Körpers in den Hohlkörper 20 eintreten, jedoch können Elektrolyt oder Fremdstoffe auf Grund der Lage und Größe dieser Öffnungen während der Ladung normalerweise nicht durch diese öffnungen hindurchtreten. Wenn Elektrolyt in den Hohlkörper 20 gelangt, beispiels-

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weise bei zufälligem Kippen oder Umkehren der Batterie, kann der Elektrolyt durch die untere Öffnung 28 in die Zelle zurücklaufen, während die obere Öffnung 27 das Gas in den Hohlkörper eintreten läßt, während die flüssigkeit durch die Öffnung abläuft. Auf diese Weise entsteht eine Druckdifferenz, die sicherstellt, daß der gesamte im Hohlkörper befindliche Elektrolyt durch die Öffnung 28 abläuft.

Wie bereits erwähnt,· ist die ungesinterte Polytetrafluoräthylenfolie mikroporös und hydrophob, so daß der Durchgang von Flüssigkeit durch die Eolie verhindert und das Gas durchgelassen wird.

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Claims

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Patentansprüche

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M)J Gasabzug in Bleiakkumulatoren, gekennzeichnet durch einen die Verbindung zwischen dem Innern der Zelle und der Atmosphäre herstellenden Durchgang (10)im Batteriegehäuse (5) und einen aus einer mikroporösen hydrophoben Folie (12, 21) bestehenden Verschluß des Durchgangs (10).
2) Gasabzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (12, 21) aus ungesintertem Polytetrafluoräthylen besteht.
3) Gasabzug nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (12, 21) eine Dicke von wenigstens 25,4yU, vorzugsweise von 25,4 bis 510ja hat.
4) Gasabzug nach Anspruch 1, bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (12, 21) bis zu 77,5 cm⁵ Gas/Minute pro cm bei einem Druckabfall durch die Folie von 127 mm WS durchläßt..
5) Gasabzug nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine perforierte Scheibe (19), die an der Zellenseite der Folie (12, 21) so angeordnet ist, daß sie die Folie stützt und Durchbiegung der Folie verhindert, wenn der Druck in der Zelle unter Normaldruck liegt.
6) Gasabzug nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Spritzschutz (26), der an der Zellenseite der Folie (21) so angeordnet ist, daß er den Durchtritt von Elektrolyt aus der Zelle zur Folie (21) verhindert.
7) Gasabzug nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Ablenkplatte (26), die das in der Zelle befindliche Ende des Durchgangs schließt, "eine in der

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Ablenkplatte (26) vorhandene "begrenzte öffnung (27, 28), die das Gas aus der Zelle in den Durchgang strömen läßt und den Eintritt von Elektrolyt verhindert.
8) Gasabzug nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte die Form einer Kammer (26) hat, die an der Zellenseite der Folie (21) über dem Niveau des Elektrolyten angeordnet ist und den Durchtritt von Elektrolyt aus der Zelle zur Folie (21) verhindert, und die Öffnung (28) sich am niedrigsten Punkt der Kammer befindet und den Ablauf von Elektrolyt aus der Kammer (26) in die Zelle ermöglicht.
9) Gasabzug nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (13, 25), die auf der Außenseite der Folie (12, 21) angeordnet sind und die Folie gegen Berührung mit Gegenständen außerhalb der Batterie schützen und das Gas durchtreten 'lassen.
10) Gasabzug nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß er als Hohlkörper (20) ausgebildet ist, der dicht in eine Öffnung im Batteriegehäuse (5) eingesetzt werden kann, eine Folie (21) aus mikroporösem hydrophobem Material im Hohlkörper (20) angeordnet ist und die Öffnung des Hohlkörpers bedeckt, öffnungen (27j 28, 24) im Hohlkörper (20) vorgesehen sind, die das Innere des Hohlkörpers an einer Seite der Folie (21) mit dem Innern der Batterie und auf der anderen Seite der Folie mit der Atmosphäre verbinden, und ein perforiertes Element (19) an der Zellenseite der Folie (21) im Hohlkörper (20) angeordnet ist, das die Folie (21) stützt und ihre Durchbiegung verhindert.

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