DE2552471B2 - Elektrische Mehrzellen-Batterie - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Mehrzellenbatterie mit iT'-Sireren nebeneinander angeordneten aktiven Platten, die in Rahmen aus isolierendem Material befestigt sind, wobei jeweils benachbarte Rahmen mit ihren Seitenwä/iden abdichtend ineinandergreifen und die Rahmen durch vertikale Streben in voneinander getrennte aktive Platten unterteilt sind und die Streben mit den entsprechenden Streben des jeweils benachbarten Rahmens abdichtend ineinandergreifen, und wobei benachbarte Platten in einem Rahmen und auch benachbarte Platten in hintereinanderliegenden Rahmen jeweils unterschiedliche Polaritäten haben, nach Patentanmeldung P 23 47 218.6-45.

Eine Mehrzellen-Batterie nach der Hauptpatentanmeldung besteht aus einzelnen Rahmen, die Seite an Seite nebeneinander angeordnet werden und ein geschlossenes Gehäuse bilden. Die Umfangsleisten und die Streben der nebeneinanderliegenden Rahmen berühren einander und greifen mit Nut und Zunge ineinander. Die Fenster eines jeden Rahmens können ein Gitter enthalten, das in üblicher Weise gepastet wird. Benachbarte Platten werden jeweils so gepastet, daß sie unterschiedliche Polarität haben, und auch benachbarte Platten in hintereinanderliegenden Rahmen erhalten unterschiedliche Polaritäten. Die Platten in hintereinanderliegenden Rahmen werden durch Separatorschichten voneinander getrennt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehrzellen-Batterie nach dem Hauptpatent zu verbessern, um den mi Separator leichter anbringen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß nur jeder zweite Rahmen Platten enthält, während die dazwischenliegenden Rahmen jeweils einen porösen Separator enthalten, der sich «". zwischen den Umfangsleisten bzw. Streben des Rahmens erstreckt und fest an dem Rahmen angebracht ist.

Dabei haben die jeweils benachbarten hintereinanderliegenden Platten zweier Rahmen unterschiedliche Polaritäten, jedoch befindet sich zwischen ihnen ein Rahmen, der eine Separatorschicht aufweist Der Rahmen besteht aus geeignetem Material, beispielsweise aus einem Kunststoff. Die Umfangsleisten zweier Rahmen können abdichtend ineinandergreifen, so daß sie die Außenwände eines Batteriegehäuses bilden. Gleicherweise können auch die im Innern befindlichen Streben benachbarter Rahmen ineinandergreifen. Benachbarte Rahmen können außerdem durch Ultraschall-Schweißung miteinander verbunden werden, wodurch gleichzeitig die erforderliche Abdichtung zwischen den Umfangsleisten bzw. den Streben benachbarter Rahmen erreicht wird.

Das Separatormaterial, das Bestandteil eines selbständigen Rahmens ist, ist leicht in der Batterie zu montieren, indem der den Separator tragende Rahmen zwischen die die Platten tragenden Rahmen gesetzt wird. Die Rahmen, die den Separator tragen, können insgesamt dicker sein als die Rahmen, die das aktive Material oder Plattenmaterial tragen. Als Separator wird zweckmäßigerweise ein dünnes bahn- oder blattförmiges Material verwandt wobei die stärkeren Rahmen eine größere Elektrolytkapazität bringen. Die Rahmen können in situ um den Separator herum gefertigt werden, so daß der Rand des Separators in den jeweiligen Rahmen eingebettet ist.

Während der Vierstellung des Rahmens können elektrisch leitfähige Elemente in die Umfangsleisten oder Streben eingesetzt werden, um Kollektoren für das aktive Material 7.1.1 bilden. Damit kann gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen den positiven und den negativen Platten hergestellt werden.

Zwei benachbarte Platten unterschiedlicher Polarität bilden zusammen mit dem zwischen ihnen befindlichen Separator eine Basiszelle, deren Nennspannung im Falle eines Bleiakkumulators zwei Volt beträgt Die Spannung und die Kapazität der Batterie wird von der Anzahl der in Reihe geschalteten bzw. parallel geschalteten Platten bestimmt. Di.: Anschlußelemente können in den Leisten bzw. Streben des Rahmens bereits vorgesehen werden, so daß sie den unmittelbaren Kontakt bis in die Platten hinein herstellen. Außen können die Anschlußelemente der einzelnen Rahmen durch Schweißen oder auf andere Weise mit einem Verbindungsbügel an die Batteriepole angeschlossen werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Batterie, teilweise aufgeschnitten,

Fig.2 zeigt eine Seitenansicht der Rahmengruppe zur Verwendung in der Batterie nach Fig. 1.

F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der F i g. 2,

F i g. 4 zeigt eine Draufsicht der in F i g. 2 dargestellten Rahmen, und

Fig.5 zeigt einen ausschnitt'veisen Querschnitt der Rahmenkonstruktion.

Entsprechend den Zeichnungen weist die Batterie 10 ein Gehäuse 11 auf, in dem eine Gruppe aus miteinander verbundenen Rahmen 12 untergebracht ist. Die Rahmen bilden mehrere Zellen 14, die jeweils durch eine Trennwand 13 voneinander getrennt sind. Die Trennwände 13 bestehen aus den aneinanderstoßenden vertikalen Elementen der jeweiligen Rahmen 12.

Gemäß Fig.2 enthält jeder Rahmen 12 einen Umfangsteil 15 aus den Umfangsleisten 16—19, die aus der Oberleiste 16, der Unterleiste 17 sowie den gegenüberliegenden Seitenleisten 18 und 19 bestehen. Zwischen der Oberleiste 16 und der Unterleiste 17 befinden sich Streben 20, die parallel zu den Umfangsleisten 18 und 19 verlaufen. Der Rahmen und die vertikalen Streben bilden zusammen drei spaltenähnliche Platten 22, 23 und 24, die in der fertigen Batterie mit einem geeigneten aktiven Batteriematerial gepastet werden.

Die Umfangsleisten und die Streben sind an einer Seite jeweils mit einer rechtwinklig von der Hauptebene des Rahmens abstehenden durchgehenden Zunge 27 versehen. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet is sich eine durchgehende Nut 28. Wenn mehrere Rahmen dieser Art Seite an Seite liegend zusammengebaut werden, wie dies in den F i g. 3 und 4 dargestellt ist, greift die Zunge des einen Rahmens in die Nut des benachbarten Rahmens ein. Die Zungen können in den Nuten jeweils durch Kleben oder auf ähnliche Weise befestigt werden, wobei gegebenenfalls eine zusätzliche Dichtmasse verwendet werden kann, so daß die Verbindung zwischen den Umfangsleistt-11 und den Streben bei den jeweils gegeneinandergelegten Rahmen gegen das Auslaufen von Elektrolyt zwischen den Zellen der fertigen Batterie gesichert ist Eine Anordnung aus mehreren Rahmen dieser Konstruktion stellt an einem Ende offene kastenähnliche Struktur mit inneren Trennwänden dar, deren Seitenwände sowie die Ober- und Unterwand von den ineinandergreifenden Umfangsleisten gebildet werden. Die Unterteilung erfolgt durch die ineinandergreifenden Streben 20.

Die Rahmen enthalten außerdem mehrere im vertikalen Abstand angeordnete Teilungsstreben 30, die sich zwischen den einander gegenüberliegenden Umfangsleisten 18 und 19 erstrecken und einstückig mit den Streben 20 verbunden sind. Bei dem in Fig.2 dargestellten Rahmen sind drei Teilungsstreben 30 vorhanden. Ihre Stärke ist geringer als diejenige der ■»<> Umfangsleisten und der Streben, so daß, wenn eine Anzahl von Rahmen Seite an Seite zusammengebaut ist, die Teilungsstreben 30 benachbarter Rahmen im Abstand voneinander liegen. Die Teilungsstreben 30 unterteilen den Bereich zwischen den jeweiligen *> Streben 20, so daß das aktive Batteriematerial, das nachfolgend zwischen den Streben angeordnet wird, eine zusätziiche Abstützung erfährt und bei der Montage oder Wartung nicht verdrängt wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen sind Gitter 26 mit Zellenverbindern 26a vorgesehen, die den gesamten Bereich zwischen den jeweiligen Streben ganz oder zum Teil überbrücken und für eine zusätzlich Abstützung für das aktive Batteriematerial in denjenigen Bereichen sorgen, die die aktiven Bereiche der fertigen Batterie bilden. Die Gitter können aus demselben Material bestehen wie der übrige Teil des Rahmens und einstückig mit diesem gefertigt werden. Vorzugsweise bestehen sie jedoch aus einem elektrisch ieitfähigen Material, z. B. einer Bleilegierung, das von den '■" Batteriematerialien nicht angegriffen wird und während der Formung des Rahmens in dessen Elemente eingebettet wird.

Bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das Gitter 26 durch die Seitenleiste 18 des ' < Rahmens hindurch und ist in die benachbarte Strebe 20 eingebettet, ohne jeJoch durch diese hindurchzuführen. Der außerhalb des Rahmens liegende Bereich des Gitters 26 bildet eine Anschlußmöglichkeit für den elektrischen Anschluß der aus einer Gruppe von Rahmen bestehenden Zellen. Der Zellenverbinder 26a des Gitters 26 erstreckt sich durch das andere Teilungselement 20a hindurch und ist in die Seitenleiste 19 eingebettet, ohne sich jedoch durch diese hindurchzuerstrecken. Der Zellenverbinder 26a verbindet auf diese Weise die Platten 23 und 24. Die Gitter 26 mit den Zellenverbindern 26a stellen Stützen für das aktive Batteriematerial dar, wirken als Stromkollektor für die jeweiligen Platten und bilden Zwischenzellen-Verbindungsstücke und/oder Anschlußstücke in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen, die an die von der Rahmengruppe gebildeten Zellen gestellt werde.

Beim Pastieren der Rahmen wird der Bereich oberhalb der obersten Teilungsstrebe 30 bei jedem Rahmen freigelassen (nicht pastiert), so daß nach dem Zusammenbau der Rahmen Elektrolytreservoirs 31 der in F i g. 1 dargestellten Art gebildet werden.

Um das Entweichen von Gas, das bei der Verwendung der Batterie erzeugt wird, aus dem Raum zwischen den Platten zu ermöglichen, sind F.-ugasungsstreifen 33 aus porösem Material vorgesehen, die sich in vertikaler Richtung durch die Masse des aktiven Materiales einer jeden Platte hindurch erstrecken. Die Entgasungsstreifen können entweder vor oder während des Pastungsvorg:-nges eingesetzt werden oder sie können während der Formgebung des Rahmens in die Form eingesetzt werden, so daß der Entgasungsstreifen sich fest mit den Verstärkungselementen 30 verbindet.

Um eine Batterie der in Fig. 1 da^rgestellten Art herzustellen, werden zahlreiche Rahmen der in F i g. 2 dargestellten Konstruktion einzeln mit aktivem Batteriematerial gepastet, so daß einander angrenzende Bereiche jeweils unterschiedliche Polarität haben. Der Rahmen bildet auf diese Weise mehrere Seite an Seite hintereinanderliegende Platten von wechselseitig positiver und negativer Polarität. Dann werden mehrere Platten Seite an Seite liegend zusammengebaut, wobei jede Platte in jedem Rahmen neben eintr Platte entgegengesetzter Polarität des benachbarten Rahmens liegt Beim Zusammenbau der Rahmen greifen die Zungen des einen Rahmens in die Nuten des benachbarten Rahmens ein und werden dort abdichtend miteinander verbunden. Die so von jeweils zwei aneinander angrenzenden Rahmen gebildeten Zellenreihen werden von den Gittern und Zellenverbindern 26a elektrisch in Reihe geschaltet und haben positive und negative Zellenpole 37 an den jeweiligen Enden, wie F i g. 5 zeigt Die Zellenpole 37 an den gegenüberliegenden Enden des Rahmensatzes werden dann mit dem jeweiligen Verbindungsflügel 35 verbunden, der einen der Hauptanschlußpole 36 trägt

Obwohl beim Zusammenbau der Rahmen jeweils eine ^esc^iiossene Oberwand, Bodenwand und zwei gegenüberliegende Seitenwände entstehen, enthalten die verbleibenden beiden Seiten freiliegendes aktives Material. Daher sind die beiden Seitenplatten 38 an diese offenen Seiten angesetzt, um das Batteriegehäuse abzuschließen. Bei einigen Anwendungsfällen ist es außerdem zweckmäßig, Verkleidungsplatten 39 für die Anschlußfahnen und Verbindungsbügel vorzusehen. Diese Verkleidungsplatten können an den Seilenplatten 38 befestigt werden. Die Deckplatte 40 ist ferner mit öffnungen 41 versehen, die deckungsgleich über Öffnungen 42 in der Oberseite des Rahmensatzes liegen, um jeder Zelle der Batterie Elektrolyt zuführen zu können.

Bei einer geeigneten Anpassung der Rahmenkonstruktion werden Verkleidungsplatten und/oder Deckplatten nicht benötigt.

Wie aus F i g. 5 zu ersehen, ist von zwei Seite an Seite hintereinanderliegendcn benachbarten Rahmen jeweils nur ein Rahmen mit aktiven Platten 22, 23, 24 ausgefüllt, wahrend der andere Rahmen 45 den Separator 46 enthält. Im vorliegenden Fall ist der Separator 46 einstückig mit dem Rahmen 45 gefertigt. Der Separator bildet eine saugfähige Zwischenschicht, die jeweils zwei parallele Platten unterschiedlicher Polarität voneinander trennt. Fr befindet sich zwischen den Umfangslei sten bzw. Streben des Rahmens prinzipiell in derselbe! Weise wie dies auch für das aktive Plattenmaterial de Fall ist. Auf diese Weise ist stets ein Rahmen 12 mi

■i aktivem Plattenmaterial ausgefüllt, während der be nachbarte Rahmen ein Separatormaterial trägt.

Der Separator 46 besteht aus porösem Material, da im Bereich der Umfangsleisten und Streben untc Aufhebung der Porenstruktur mit diesem verschmolzei

in ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrische Mehrzellenbatterie mit mehreren nebeneinander angeordneten aktiven Platten, die in Rahmen aus isolierendem Material befestigt sind, wobei jeweils benachbarte Rahmen mit ihren Seitenwänden abdichtend ineinandergreifen und die Rahmen durch vertikale Streben in voneinander getrennte aktive Platten unterteilt sind und die Streben mit den entsprechenden Streben des jeweils benachbarten Rahmens abdichtend ineinandergreifen, und wobei benachbarte Platten in einem Rahmen und auch benachbarte Platten in hintereinanderliegenden Rahmen jeweils unterschiedliche Polarität haben, nach Patentanmeldung P 2347 218.6-45, dadurch gekennzeichnet, daß nur jeder zweite Rahmen (12) Platten (22,23,24) enthält, während die dazwischenliegenden Rahmen (45) jeweils einen porösen Separator (46) enthalten, der sich zwischen den Umfangsleisten (16 bis 19) bzw. Streben (20, 2OaJ des Rahmens erstreckt und fest an deir. Rahmen angebracht ist

2. mchrzelienbäiterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator (46) aus einem porösen Material besteht, das im Bereich der Umfangsleisten und Streben unter Aufhebung der Porenstrukur mit diesen verschmolzen ist.