DE2557455B2

DE2557455B2 - Galvanisches Element

Info

Publication number: DE2557455B2
Application number: DE2557455A
Authority: DE
Inventors: Martin G. Monsey N.Y. Rosansky
Original assignee: Power Conversion Inc
Current assignee: Hawker Eternacell Inc
Priority date: 1973-01-30
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1981-07-16
Also published as: US3897270A; DE2557455A1; DE2557455C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein galvanisches Element mit einem becherförmigen Gehäuse, in welchem ein elektrochemisches System mit hohem Dampfdruck untergebracht ist, der im Patentanspruch 1 genannten Gattung.

Derartige galvanische Elemente bzw. Batterien sind bereits bekannt (DE-OS 22 55 583).

Das Aufkommen von galvanischen Elementen bzw. Zellen mit hohem Dampfdruck, die eine stark verbesserte elektrische Leistung im Bezug zu ihrer Größe und ihrem Gewicht abgeben und eine lange Lagerzeit haben, hat jedoch zu neuen Problemen bei der Konstruktion derselben geführt. Im allgemeinen werden für solche Elemente elektrisch leitfähige Deckel aus beispielsweise Aluminium verwendet. Darüberhinaus wird vielfach Lithium für eine der Elektroden und Schwefeldioxid als Depolarisator verwendet (US-PS 48186). Der Elektrolyt derartiger galvanischer Elemente wird gewöhnlich durch eine öffnung des Aluminiumdeckels eingespritzt und anschließend der nach oben stehende Teil der öhrartigen Öffnung abgeschnitten und der übrige Stützen durch Kaltschweißen verschlossen. Hiernach wird eine Kappe aus beispielsweise Stahl aufgesetzt, an die die elektrischen Anschlüsse leicht angeschweißt werden können. Die kaltgeschweißte Naht wird mit Epoxidharz abgedeckt, um Lecks möglichst zu vermeiden.

Die Kappenbefestigung bringt jedoch Schwierigkeis ten mit sich, insbesondere was die gewünschte Langlebigkeit des Elements anbetrifft Ein Druckkontakt zwischen der Kappe und der flachen Deckelflüche gibt nämlich keine zufriedenstellende elektrische Verbindung über eine lange Zeit hinweg, weil es

ίο schwierig ist, Stahl mit Aluminium zu verschweißen und das im Bereich der Schweißnaht aufgebrachte Epoxidharz dazu neigt, in den Zwischenraum einzutreten. Darüber hinaus führen oft auch galvanische Reaktionen zwischen Stahl und Aluminium zu Problemen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Element dahingehend zu verbessern, daß es einfach herstellbar ist, sich doch auch durch große Betriebssicherheit, auch nach langer Lagerzeit, auszeichnet Trotz hohen Dampfdruckes soll auch das Anbringen eines Anschlusses erleichtert werden.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen und Verbesseningen der Erfindung beansprucht.

Bei der Erfindung ist der aus Aluminium bestehende Deckel an der Unterseite mit einem aus dem gleichen Material bestehenden Zwischendeckel und an der Oberseite mit einem ebenfalls aus dem gleichen Material bestehenden Verbindungselement elektrisch und mechanisch verbunden. Das Verbindungselement überdeckt den nach oben vorstehenden Nippel des Deckels in Form eines ausladenden Abschnittes, mit dem die Kappe in elektrischen Kontakt gebracht wird. Die Kappe besteht zweckmäßigerweise aus nickelplatiertem Stahl.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der F i g. 1 teilweise im Schnitt ein Element nach der Erfindung zeigt.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Zelle nach F i g. 1, wobei die Kunststoffabdeckung entfernt ist.

F i g. 3 zeigt perspektivisch ein Verbindungsglied im Element der Batterie nach F i g. 1.

F i g. 4 zeigt eine Ansicht von unten auf einen Oberteil des Elementes nach F i g. 1 und

F i g. 5 zeigt eine Modifikation der Konstruktion nach Fig. 4.

F i g. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Element mit einem zylindrischen Gehäuse 10 aus Stahl, das an seinem Boden 12 geschlossen ist. Das Gehäuse 10 ist an seinem Umfang eingezogen und bildet eine Rippe 13 längs der Innenwand des Gehäuses, die einen geringen Abstand vom offenen oberen Ende 14 hat. Ein stabiler metallischer Druckring 18 ist vom offenen Ende 14 des Gehäuses 10 aus eingesetzt und sitzt auf der Rippe 13.

Über dem offenen Ende 14 des Gehäuses 10 ist ein stabiler, scheibenförmiger Zwischendeckel 20 aus Aluminium angeordnet. Eine scheibenförmige Abdekkung 22 aus Aluminium mit derselben Größe liegt mit ihrer unteren Fläche auf dem Deckel 20. Der Umfang des Deckels 20 und der Abdeckung 22 ist umgeben und wird erfaßt von einem ringförmigen Elastomer-Isolator oder einem Dichtungsteil 24, das durch den Druckring 18 nach oben und durch eine umgebogene Kante 25 nach unten gedrückt wird, die an dem nach innen umgebogenen Umfang des offenen Endes 14 des Gehäuses 10 ausgebildet ist. Dieser Aufbau dichtet normalerweise einen Hohlraum 26 in dem Gehäuse 10 ab, in welchem das elektrochemische System unterge-

bracht ist.

Eine Ansicht von unten auf den Zwischendeckel 20 ist in F i g. 4 gezeigt Der Zwischendeckel hat eine zentral angeordnete öffnung 28, die mit einer Sicke 30 in der Abdeckung 22 fluchtet, die durch Kaltschweißen s geschlossen worden ist. Die Abdeckung 22 ist fest an den Deckel 20 durch zwei diametral gegenüberliegende Punktschweißungen 22 befestigt WjJirend der Deckel 20 steif und stabil ist, ist die Abdeckung 22 mehr biegsam. Irgendein innerer Druck in der Kammer 26 ic wirkt gegen die untere Fläche 23 der Abdeckung 22, weil die fläche 23 in Verbindung mit der Kammer 26 steht, und zwar über den durch die öffnung 28 gebildeten Durchgang. Wenn dieser Innendruck eine •j* vorgegebene Grenze übersteigt, wird die biegsame Abdeckung 22 derart verformt, daß sie vom umgebogenen oberen Rand 35 des Gehäuses nahe dem Punkt A an seinem Umfang und am weitesten entfernt von den Schweißungen 32 abgezogen wird. Andererseits kann sich die Abdeckung auch verformen und in der Nähe der Schweißung reißen. Somit erlaubt die Verformung es, daß der Inhalt austritt und der Druck abgebaut wird, während die Abdeckung 22 sicher und fest an dem Deckel 22 befestigt bleibt, wodurch die Gefahr beseitigt wird, daß irgendwelche Teile abgeschleudert werden, was sonst bei einem Ausgleich des Innendruckes geschehen könnte.

Die Ausbildung des Deckels 20 ist in Fig.2 beispielsweise dargestellt. Die Druckbegrenzung, bei der die Zelle entlüftet wird, kann durch geeignete Positionierung der Schweißungen 32 gewählt werden. Wenn die Zelle bei einem relativ hohen Druck entgiften soll, werden die Schweißungen 32 relativ nahe beim Zentrum der Zelle angeordnet, wogegen sie, wenn die Zelle bei einem relativ niedrigen Druck entlüften soll, r> weiter weg in Richtung auf den Umfang des Deckels 20 angeordnet werden. Es gibt jedoch außerdem noch zahlreiche andere zweckmäßige Möglichkeiten. In F i g. 5 ist ein Beispiel einer solchen Möglichkeit gezeigt, das drei Punktschweißungen 34,36 und 38 aufweist, von denen zwei (34, 36) sich diametral gegenüberliegen, während die dritte (38) um 90° zu jeder der beiden ersten versetzt ist Diametral gegenüber der dritten Schweißung 38 liegt ein Punkt B am Umfang des Deckels 20, der den größten Abstand von den Punktschweißungen 34 hat. In der Nähe dieses Punktes B wird sich nach aller Wahrscheinlichkeit der Innendruck durch Verformung der Abdeckung 22 einen Ausweg suchen und schaffen, wenn die vorgegebene obere Druckgrenze überschritten wird.

Die Sicke 30 in der Abdeckung 22 rührt von einer nach oben stehenden Öse her, durch die die Elektrolyt-Lösung eingespritzt wird. Nachdem die Zelle gefüllt ist. wird diese öse abgeklemmt, wobei ein Stutzen 40 verbleibt der durch Kaltschweißen geschlossen wird Um sicherzugehen, daß in der Sicke 30 keine Lecks entstehen, wird ein Oberzug 42 aus Epoxyharz angebracht

Ein Verbindungsteil aus Aluminium, wie in Fig.3 gezeigt ist an der Außenfläche der Abdeckung 22 angebracht In der bevorzugten Ausfuhrungsform hat das Verbindungsteil 50 einen nach außen vorragenden Teil 52, der eine nach oben stehende zylindrische Seitenwand 54 aufweist

Das Verbindungsglied 50 hat ferner drei radial verlaufende Arme 56 und eine kreisförmige Platte 59, die über die Außenfläche der Abdeckung 22 hochsteht und durch welche die Arme 56 mit dem nach außen ragenden Teil 52 verbunden sind. Jeder der Arme 56 ist mit der Abdeckung 22 puniktverschweißt Da die Abdeckung 22 und das Verbindungsteil 50 beide aus Aluminium bestehen, wird eine einwandfreie Schweißung erreicht deren Qualität: bestehen bleibt Der Abstand zwischen den Schweißungen 58 und der Sicke 30 und der Bereich zwischen der Abdeckung 22 und der etwas erhöhten Platte 59 gewährleistet daß das Epoxyharz 42 nicht mit den Schweißungen 58 in Kontakt kommt

Eine zylindrische Stahlkappe 60, die an einem Ende geschlossen ist ist kraFtschlüssig über den vorstehenden Teil 52 des Verbindungsteiles 50 gedrückt, so daß sie in Eingriff mit deren nach oben stehenden Seitenwänden ist. Es kann eine Verbindung mit Gewinde oder mit Schnappwirkung verwendet werden. Außerdem kann auch eine Schweißung verwendet werden. Obwohl es schwierig ist, hier eine gute Schweißung zu schaffen, weil es sich um unterschiedliche Metalle handelt kann diese Schweißung ergänzt und einfacher gemacht werden durch die wechselweise ineinander greifenden Teile 50 und 60. Die Kappe 60 dient als elektrischer Anschluß.

Eine Kunststoffscheibe 62 ist über dem Verbindungsteil 50 angeordnet wobei der nach außen vorspringende Teil 52 durch eine zentrale öffnung in der Scheibe nach außen übersteht Danach wird das Gehäuse 10 mit einem äußeren Überzug 64 aus Kunststoff versehen, der ein nach innen ragendes Endstück hat, das die Scheibe 62 an ihrem Außenumfang hält. Die Scheibe 62 und der Überzug 64 sollen sowohl schützen wie auch ein gefälliges Aussehen schaffen. In F i g. 2 sind die Scheibe 62 und der Überzug 64 weggelassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Galvanisches Element mit einem becherförmigen Gehäuse, in welchem ein elektrochemisches System mit hohem Dampfdruck untergebracht ist, einer umlaufenden Rippe am Innenumfang des Gehäuses im Abstand von seinem oberem offenen Ende, einem auf der Rippe aufsitzenden Druckring, einem oberhalb diesem angeordneten Deckel mit einem nach oben vorstehenden Nippel sowie einem den Deckel im Randbereich umschließenden Isolierteil, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Aluminium-Deckels (22) ein mit ihm durch Punktschweißung (32) verbundener Aluminium-Zwischendeckel (20) mit wenigstens einer Öffnung (28) angeordnet ist, daß ferner an der Oberseite des Deckels (22) ein Aluminium-Verbindungselement (50) angeordnet ist, das an dem Deckel (22) im Abstand von dem Nippel (30) an mehreren Stellen (58) angeschweißt ist und einen nach oben gerichteten Abschnitt (52) aufweist, der den Nippel (30) überdeckt, und daß auf dem Abschnitt (52) eine Kappe (60) in elektrischem Kontakt mit diesem aufgesetzt ist.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (50) eine Mehrzahl von radial verlaufenden Armen (56) aufweist, von denen jeder mit dem Deckel (22) verschweißt ist.
3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (50) eine Platte (59) aufweist, die oberhalb der oberen Fläche des Deckels (22) liegt und die die Arme (56) mit dem nach oben gerichteten Abschnitt (52) verbindet.
4. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendeckel (20) an seinem Umfang von dem Isolierteil (24) umschlossen ist.
5. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nippel (30) einen Überzug (42) aus Epoxyharz aufweist.