DE2455747C2 - Elektrischer Akkumulator mit einem Plattenblock - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung Ist ein elektrischer Akkumulator mit einem Plattenblock mit Elektrodenplatten, die einen aus Kunststoff bestehenden äußeren Rahmen besitzen.

Akkumulatoren bestehen im allgemeinen Im wesentlichen aus einem Gehäuse mit darin angeordneten positiven und negativen Elektrodenplatten, zwischen denen Separatoren angeordnet sind. Die Plattenblöcke stehen im Gehäuse auf Prismen auf, die die Schlammraumhöhe am Boden des Gehäuses bestimmen. Über den Plattenoberkanten befindet sich je nach Verwendungszweck der Akkumulatoren ein mehr oder weniger großer Elektrolyt- und Oasraum.

Die einzelnen gleichpoligen Elektrodenplatten sind durch Polbrücken bzw. durch ein Plattenjoch verbunden, an welchem der jeweilige Polbolzen angeordnet ist, der durch den Zellendeckel geführt Ist.

Die Leistungsfähigkeit eines Akkumulators wird wesentlich durch die Bauart seiner Platten bestimmt. Bei Bleiakkumulatoren werden beispielsweise Röhrchenplatien, Gitierplatten und Kastenplatten verwendet. Bei der konstruktiven Ausführung der Akkumulatoren Ist man bestrebt, das Plattengewicht, welches beim Bleiakkumulator Im wesentlichen vom Bleigewicht bestimmt wird, möglichst gering zu halten, um das Leistungsgewichtsverhältnis günstig zu gestalten. Bei sämtlichen Ausführungsformen von Elektrodenplatten, besonders Gitter-, Panzer- oder Röhrchenplatten, sind aufgrund der verschiedenen Kapazitäten, die benötigt werden, verschiedenartige Gehäusegrößen erforderlich.

Neben diesen Plattenformen sind auch Elektrodenplatten bekannt, welche zumindest in Ihren tragenden Bestandteilen aus Kunststoff bestehen. Beispielsweise ist in der deutschen Patentanmeldung 23 05 309 eine Elek trodenplatte beschrieben, die aus einem Bleigitter mit parailei-verlaufenden Blelstäben besteht, welche in der Mitte von durch Stege eines Kunststoffgitters gebildeten, die aktive Masse aufnehmenden. Hohlräumen arretiert sind. Durch die Verwendung von Kunststoff für das Git ter und durch Verwendung von Vliesen aus Glas- oder Kunststoffmaterial, die die Flächen der Platten abdekken, wird eine besonders leichte Plattenkonstruktion und demzufolge ein leichter Akkumulator geschaffen. Jedoch erfordert ein Aufbau eines Akkumulators In konventlo neiler Welse ebenfalls verschiedenste Gehäusekonstruk tionen und eine Vielzahl von Arbeitsgängen beim Zusammentragen der Platten zu einem Plattenblock. Dieser Plattenblock muß dann durch besondere Haltemittel gehalten werden und nach weiteren Behandlungs- stufen in einem Gehäuse eingesetzt werden. Je nach verlangter Kapazität müssen unterschiedliche Zellengehäuse, verschieden große Plattenseparatoren und die übrigen Bestandteile der Zelle hergestellt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, vjnen elektrischen Akkumulator mit einem Plattenblock zu schaffen, der nach der Zusammenstellung direkt in ein Gehäuse einsetzbar 1st und als Akkumulator seine Funktionen erfüllen kann bzw. der nach seinem Zusammenbau als mechanisch festes Paket in der Fertigung weiter verwen det werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Außenabmessungen der Kunststoffrahmen der positiven und negativen Elektrodenplatten gleich sind und die Elektrodenplatten formschlüssig zu einem Stapel aufeinandergeschlchtet sind, der eine zumindest an den Breitseiten der Platten geschlossene

Oberfläche besitzt und In ein Zellengefäß einsetzbar oder

mit einer elektrolytdichten Umhüllung überziehbar Ist.

Besonders vorteilhaft ist es, die Rahmen sowohl der

positiven Platten als auch der negativen Platten an beiden Breitselten mit Verlängerungsstegen zu versehen, die die Plattenfahnen Oberragen bzw. die Polbrücken überragen. Diese Verlängerungsstege ergeben nach dem Zusammenstapeln des Plattenblockes den Elektrolyt raum oberhalb der Elektrodenplatten, der dann nur noch durch einen Deckel verschlossen werden muß.

Weiterhin Ist es besonders vorteilhaft, die Rahmen der positiven und negativen Platten auch an der Unterseite mit einem zusätzlichen geschlossenen Rahmenteil zu

^r>5 versehen, welcher bei gestapeltem Plattenblock den Schlammraum der Zelle bildet.

Zwischen positiven und negativen Platten können Abstandshalter angeordnet werden, deren Rahmen eben-

falls mit cjen Rahmen de? Elektroden formgieich sind. Als Abstandshalter sind Insbesondere Wellseparatoren geeignet.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig, I bis 8 naher erläutert.

Dabei zeigt Fig, I das Prinzip einer im erfindungsgemäßen Plattenbloek verwendbaren Kastenplatte.

Fi g. 2 das Prinzip einer weiteren verbesserten Ausfuhrungsform einer solchen Kastenplatte, wobei Fig. 3 das Unterteil dieser Platte darstellt.

Die Fig.4 und 5 zeigen einen Abstandshalter mit Separation, welcher zwischen positiven und negativen Elektrodsnplatten angeordnet werden kann.

Fig. 6 zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Plattenblock aufgebauten Akkumulator im Querschnitt.

Fig.7 zeigt den gleichen Akkumulator im Längsschnitt.

Flg. 8 zeigt einen Schnitt durch diesen Akkumulator senkrecht zur Ebene der Akkumulatorenplatten.

In Fig. I ist eine Elektrodenplatte dargestellt, die beispielsweise in wesentlichen Merkmalen der Elektrodenplatte entspricht, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 23 05 309 dargestellt ist. Prinzipiell sind auch Elektrodenplatten anderen Aufbaus verwendbar, wesentlich ist der umgebende Kunststoffrahmen. Dabei besitzt die Elektrodenplatte zur Stromableitung dienende Bleiseelen 6, welche mit der Plattenfahne 5 in Verbindung stehen. Der Rahmen, dessen Breitseiten mit 1 bezeichnet sind, ist aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyäthylen oder Polypropylen. Er besitzt einen oberen Steg 3 und einen unteren Steg 2. Die Abdeckung der In den Hohlräumen der Platten enthaltenen aktiven Masse erfolgt durch die beispielsweise aus einem Kunststoff- oder Glasvlies bestehenden Matten 4, die beidseitig die Fläche der Platten abdecken. Diese Abdeckmatten können so ausgebildet sein, daß sie neben ihrer Abdeckfunktion auch die Funktion eines Separators erfüllen, so daß ein besonderer Separator zwischen den Elektrodenplatten verschiedener Polarität nicht notwendig Ist. Diese Platten •"erden nach Füllung mit der aktiven Masse, die der jeweiligen Polrrität zugeordnet ist, zu einem Plattenblock zusammengestapelt, wie dies später noch erläutert wird.

Die Vliese sind zweckmäßigerweise im Kunststoffrahmen 1 vertieft angeordnet, so daß eine leichtere Verbindung des Kunststoffrahmens mit dem Rahmen benachbarter Platten möglich ist.

Eine weltefe verbesserte Ausführungsform einer Platte zum Aufbau eines Plattenblockes ist in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. Erfindungsgemäß sind die Längsseiten 1 des Kunststoffrahmens nach oben verlängert und die Verlängerungsstege 7 bilden einen über die Platten hinausragenden U-förmlgen Rahmen. Ebenso ist an den unteren Bereich des Kunststoffrahmens ein geschlossener Rahmen 8 angearbeitet. Dieser geschlossene Rahmen 8 ergibt später den Schlammraum 9 der aufelnandergestapelten Platten. Der mit aktiver Masse gefüllte Bereich der Platte Ist durch die Verbindungsstege 2 und 3 abgegrenzt. Insbesondere die oberen Rahmentelle 7 können beliebig hoch gehalten werden, so daß sich ein beliebig großes Elektrolytreservoir der Zelle ergibt.

Nach dem Aufeinanderstapeln von positiven und negativen Elektfödenplätten Sowie Abstandshaltern mit Rahmen ergibt sich ein erfindungsgemäßer Plattenblock, welcher einen geschlossenen Schlammraum 9 besitzt, der durch die Teile 8 gebildet Ist, und welcher oberhalb der Platten einen durch die Teile 7 gebildeten Elektrolytbzw. Gasraum besitzt, der mit einem Deckel verschlossen wird.

Die in FIg, 2 und 3 dargestellten Elektrodenplatten sind ebenfalls, wie die Ejektrodenplatte der FIg, J, beidseitig mit einem Material abgedeckt, welches zumindest eine mechanische Halterung der aktiven Masse gewährleistet. Falls dieses Material darüber hinaus auch die Funktion eines Separators ermöglicht, so werden keine zusätzlichen Separatoren zwischen den positiven und negativen Elektrodenplatten benötigt und ein Abstandshalter zwischen den Platten ist ausreichend.

Zwischen positiven und negativen Elektrodenplatten sind Abstandshalter angeordnet. Diese Abstandshalter, die in Fig.4 und 5 dargestellt sind, bestehen aus einem einfachen Kunststoffrahmen 1, der die gleichen Abmessungen wie die Kunststoffrahmen der Elektrodenplatten besitzt, und welcher einen möglichst an vielen Stellen auf den Elektroden anliegenden als Abstandshalter dienenden Einsatz, beispielsweise einen Wellseparator 11 enthält. Auch der Kunststoffrahmen 1 des Abstandshalters besitz^erfindungsgemäß an seinen Breitseiten verlängerte Stege 7, weiche den Elektrolyt- und Gasraum der Zelle bliden, und sein unterer Bereich ist mit dem Zusatzraum 8 bzw. 9 versehen. Die Vi'oindungsstege la und 3a, die den Verbindungsstegen 2 und 3 der Elektrodenplatte entsprechen, sind mit Öffnungen 10 versehen, weiche den Elektrolytaustausch ermöglichen. Diese Öffnungen können beispielsweise trichterförmig ausgestaltet sein. In cüesem Rahmen kann zusätzlich und soweit notwendig auch ein üblicher Separator, insbesondere ein Wellseparator, welcher gleichzeitig Abstandshalterfunktion besitzt, angeordnet sein, wenn die Separatorwirkung der auf den Flächen der Elektrodenplatten angeordneten Vliese 4 nicht ausreicht.

Die einzelnen Elektrodenplatten besitzen Im oberen Bereich einen Kunststoffüberzug 12 (Flg. 2), der so ausgebildet ist, daß auch die Fahne möglichst weltgehend abgedeckt wird, so daß nur der obere Teil der Plattenfahne 5 freiblelbt, an die die Plattenbrücke bzw. das Plattenjoch angeschweißt wird. Auch durch diese Maßnahme werden innere Kurzschlüsse des Akkumulators vermieden.

Fig. 6 zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Plattenblock aufgebauten Akkumulator im Querschnitt. Flg. 7 zeigt den gleichen Akkumulator im Längsschnitt und Fig. S schließlich zeigt einen Schnitt durch diesen Akkumulator senkrecht zur Ebene der Elektrodenplatte. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind die Plattenfahnen S der Elektrodenplatten jeder Polarität mit Polbrücken verbunden, welche wiederum mit je einem Endpol 13 In Verbindung stehen, die durch den Zellendeckel 14 geführt sind.

Dieser Zellendeckel 14 ist auf die Verlängerungen 7 der Kunststoffrahmen 1 der Eiektrodenplatten aufgesetzt und dort befestigt. Irn unteren Bereich der Zelle Ist der Schlammraum 9 zu erkennen. Über das aus den zusammengestapelten Platten mit aufgesetztem Deckel bestehende Paket wird ein Gehäuse 15 aufgesetzt, welches vorzugsweise aus einem aufgeschrumpften Kunststoff besteht. Da der Gehäusedeckel 14 doppelt abgesetzt ist, ist dieser aufgeschrumpfte Mantel am oberen Rand besonders gut abgedichtet.

Mit 17 (Flg. 8) sind Abstandshalter bezeichnet, deren Stege la bzw. 3a mit Öffnungen 10 versehen sind, welehe einen Elektrolytkreislauf ermöglichen. Diese Öffnungen sind Insbesondere im Abstandshalter 17a zu erkennen, bei dem der Wellseparator 11 nicht eingezeichnet ist.

Weiterhin sind aus Fig. 7 und Flg. 8 Endplatten 16 zu ersehen. Diese Endplatten, welche ebenfalls formgleich mit den Akkumulatorenplatten sind, werden beidseitig

auf den Plattenblock aufgesetzt, der dann Insbesondere durch Aufschrumpfen eines Kunststoffmantels flüsslgkelts- und gasdicht verschlossen wird. Die Endplatten 16 entsprechen In Ihrer Länge der Länge der vollständigen Elektrodenplatten, sie sind an Ihrem oberen Ende mit Absätzen entsprechend den Absätzen der Stege 7 versehen, auf welchen der Deckel aufsitzt.

Gemäß Fig. 8 besitzt ein erfindungsgemäßer Akkumulator eine auf den Plattenblock nachträglich aufgebrachte Umhüllung. An dieser Umhüllung liegen die Endplatten 16 an und es folgen negative Elektroden, Abstandshalter 17 mit Scparatorcinlagc 11 und positive Elektroden in wechselnder Reihenfolge.

Wie schon oben erwähnt, werden mehrere der Kaslenplatten, die beispielsweise In Il g. I und Flg. 2 bzw. 3 dargestellt sind, zu einem Plattenblock zusammengestapelt. Zu diesem Zweck müssen die Kunststoffrahmen in dem Bereich, in dem die Rahmen benachbarter Platten zusammentreffen, eben sein. Die durch das beim Herstellen der Kastenpiaüen verwendete Spriu-Gieß-Veifatiieii erzielte Fertigungsgenauigkeit reicht Im allgemeinen dazu aus, daß die Rahmenoberfliichen eben genug sind, um sich dicht aufeinandersetzen zu lassen. Um die Elektrodenplatten mechanisch schon als Plattenblock fest miteinander zu verbinden, ist es insbesondere vorteilhaft, die Rahmen mit jeweils entsprechenden Erhöhungen und Vertiefungen zu versehen, die als Zentrierungsmittel beim Aufeinandersetzen dienen, so daß die Rahmen nut- und federartig ineinander greifen.

Weiterhin werden zum Zusammenbau Insbesondere thermische Verfahren verwendet. Dabei werden beispielsweise die Ränder der Elektrodenplatten durch ein zwischengeschobenes Schweißschwert erhitzt und dann die Ränder benachbarter Elektrodenplatten aufeinandergelegt und angedrückt. Durch dieses in der Akkumulatorentechnik bei Verbindung von Deckel und Blockkasten geläufige sogenannte Spiegel-Schweiß-Verfahren wird eine besonders dichte Verbindung zwischen den einzelnen Elekirodenplatten bzw. Elektrodenplatten und Abstandshaltern erzielt.

Die Ränder der Platten können aber auch mit einem Anlöser. beispielsweise mit Ameisensäure, eingestrichen werden. Danach wird ein Kunststoffkleber aufgebracht und die Platten werden in der richtigen Reihenfolge mit Abstandshaltern bzw. Separatoren aufelnandergeschichtet. Die Endselten des Plattenblockes erhallen eine Endabdeckung In Form einer Kunststoffplatte und das gesamte Plattenpaket wird unter Druck gehalten, bis der Klebstoff ausgehärtet Ist.

Eine weitere Verbindungsmöglichkeit besteht darin, die Einzelteile durch Ultra-Schall miteinander zu verschweißen. Bei diesem Verfahren werden die zu verbindenden Teile auf der einen Seite mit einer Nut und auf der anderen Seite mit einer korrespondierenden Kunststofflelste bzw. einer Erhöhung versehen, so daß die Einzelteile leicht zusammengesteckt werden können. Die so zusammengesteckten Teile werden dann durch Einwirkung von Ultra-Sch Ή verschweißt. Hierbei Ist als Werkstoff für den Plattenrahmen insbesondere Polystyrol geeignet.

Es ergibt sich somit schon nach dem Zusammenstapeln der Platten ein elektrolytdichter Plattenblock, dessen Wandungen von den Breitseiten I der Kunststoffrahmen der Platten sowie den Endplatten gebildet wird und

keil und Dichtigkeit besitzt, um nach Aufsetzung eines Deckels voll betriebssicher zu sein. Soweit notwendig, wird jedoch dieser Plattenblock In einen beliebigen Behälter, beispielsweise aus Kunststoff, eingesetzt oder er wird insbesondere mit einem aufgeschrumpften Kunststoffmantel versehen.

Das Verfahren zum Aufeinanderstapeln der verschiedenen Bestandteile des Plattenblockes kann leicht In Stapel maser, ilen automatisiert werden. Ebenso kann der Schrumpfstoffmantel in automatisch arbeitenden Heißluftöfen aufgebracht werden. Es Ist auf diese Weise insbesondere möglich, leicht die Gehäuseform den verschiedenen Größen der Elektroden anzupassen und damit die teuren aus Kunststoff bestehenden Gehäuse einzusparen.

wobei insbesondere zu berücksichtigen ist, daß die Formen zur Herstellung derartiger Kunststoffbehälter außerordentlich teuer sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Plattenblock ist es möglich, ein geringes Zellenvolumen und geringes Zellengewicht zu erzielen, ebenso werden die Herstellungskosten weitgehend gesenkt und insbesondere Ist die Herstellung einer solchen Ausführungsform eines Plattenblockes weitgehend automatisierbar und kann damit in einer Massenfabrikation verwendet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Akkumulator mit einem Plattenblock aus positiven und negativen Elektrodenplatten, die einen aus Kunststoff bestehenden äußeren Rahmen besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen aller Elektrodenplatten gleich sind und daß die Elektrodenplatten formschlüssig zu einem Stapel aufelnandergeschlchtet sind, daß ihre Kunststoffrahmen (1) über die Breitseiten der Platten hinaus sowohl die Höhe der Plattenfahnen (5) bzw. Polbrücken überragende Verlängerungsstege (7) als auch unterhalb der Elektrodenplatten einen den Schlammraum (9) der Zelle bildenden Rahmen (8) besitzen und zumindest an den Selten des Plattenstapels geschlossene Oberflächen bilden, und daß der Stapel In ein Zellengefäß einsetzbar bzw. mit einer elektrolytdichten Umhüllung überziehbar Ist.

2. Elektrisch Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen positiven und negativen Elektrodenplatten Abstandshalter (17) angeordnet sind, weiche mit den Kunststoffrahmen (1) der Elektrodenplatten formgleich sind.

3. Elektrischer Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß JIe Abstandshalter Separatoren, vorzugsweise Wellseparatoren (11), enthalten.

4. Elektrischer Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenblock rr-. einer mit den Elektrodenplatten formgleichen Kunststoffendplatte '.16) beidseitig abgedeckt Ist.

5. Elektrischer Akkumulator *vach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen der Elektrodenplatten bzw. Abstandshalter mittels nut- und federartiger Verbindungen zusammengefügt sind.

6. Elektrischer Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Elektrodenplatten bzw. Abstandshalter durch thermische Verschweißung miteinander verbunden sind.

7. Elektrischer Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenblock mit einem Deckel (14) und mit einem aufgeschrumpften Kunststoffüberzug (IS) versehen Ist.