DE2621381A1

DE2621381A1 - Bleiakkumulator hoher bauart

Info

Publication number: DE2621381A1
Application number: DE19762621381
Authority: DE
Inventors: Hans Steig
Original assignee: HAGEN AG ACCU FAB WILHELM
Current assignee: Hagen Batterie AG
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1976-05-14
Publication date: 1977-11-24
Also published as: GB1534817A; FR2351507B3; DE2621381C2; US4138533A; SE433988B; SE7705572L; FR2351507A1

Description

Bleiakkumulator hoher Bauart.

Die Erfindung betrifft Bleiakkumulatoren hoher Bauart mit senkrecht stehenden Plattenelektroden, die über an ihren Stirnkanten angeordneten und an Stromleitern befestigten Stromfahnen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden

sind.

In vielen Einsatzfällen steht für die Unterbringung von Bleiakkumulatoren nur eine beschränkte Grundfläche zur Verfügung, z.B. bei Elektrostaplern, in Unterseebooten, für den Spitzenlastausgleich in Kraftwerken usw. Entsprechend werden Akkumulatorzellen mit Plattenhöhen eingesetzt, die das zwei-bis dreifache der normalen Plattenhöhe erreichen. Die Platten werden dabei vorzugsweise senkrecht angeordnet, da nur dann ein optimales Abströmen der Gase sowie ein unbehindertes Abfallen loser Masseteilchen gewährleistet ist.

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Ein wesentlicher Nachteil dieses Akkumulatortyps ist durch die beachtliche Plattenhöhe bedingt. Der Strom steigt vom Plattengrund bis zum oben angeordneten Stromableiter linear an, wohingegen die Spannungsabfalle in den negativen und positiven Platten bei konstantem Querschnitt quadratisch zunehmen. Dies führt zu erheblichen elektrischen Verlusten mit den unerwünschten Folgen einer unterschiedlichen Stromdichte auf den Plattenoberflächen, einer zu schnellen und ungleichmäßigen Erwärmung der Zelle und insbesondere zu dem Nachteil, daß bei Kurzzeitentladungen die Anfangsspannungen und die entnehmbaren Energien pro Batteriegewicht, d.h. die gewichtsspezifischen Energien im Vergleich zu den Akkumulatoren mit normaler Plattenhöhe geringer sind.

Gemäß der deutschen Patentanmeldung P 21 32 690.9 wird versucht, die genannten Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man die Plattenelektroden in ihrer Höhe stückelt, um so wieder auf normale Plattenhöhen zu kommen. Die einzelnen Teilplatten besitzen jeweils an der oberen Stirnkante angeordnete Stromfahnen, wobei die Stromfahnen der Platten eines Teilplattensatzes über eine bleiummantelte Kupferleiste miteinander verbunden sind. Die Kupferleiste führt zu seitlichen bleiummantelten Kupferschienen, die rahmenartig die Teilplattensätze umfassen und mit den Polen der Zelle verbunden sind. Im Ergebnis sind die übereinander angeordneten Teilplattensätze normaler Plattenhöhe parallel geschaltet.

Die Nachteile dieses Vorschlages sind jedoch offensichtlich. Die Stückelung der Plattenhöhe und die aufwendige

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Zusammenschaltung der so geschaffenen Teilplattensätze bringt keine nennenswerte Gewichtseinsparung, so daß die gewichtsspezifischen Energien im Kurzzeitbereich nicht wesentlich verbessert werden und im Langzeitbereich eher eine Verschlechterung der gewichtsspezifischen Energien angenommen werden muß. Zum anderen bedingt die aufwendige Zusammenschaltung der Teilplattensätze aber auch einen Fertigungsaufwand, der nicht nur kostenmäßig ungünstig zu Buche steht, sondern auch dem Bestreben nach der vollautomatischen Herstellung von Bleiakkumulatoren zuwiderläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bleiakkumulator hoher Bauart mit verbesserten Eigenschaften im Kurζzeitbereich zu schaffen, der fertigungstechnisch einfach und damit kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die hochformatigen Plattenelektroden an ihren senkrechten Stirnkanten mindestens zwei im Abstand zueinander angeordnete Stromfahnen besitzen und daß die Stromfahnen mehrerer Plattenelektroden gleicher Polarität mit einem stirnseitig angeordneten Polblech hoher Leitfähigkeit mechanisch und elektrisch verbunden sind.

Vorteilhaft ist es, die Breite des Polbleches der Breite des Plattensatzes einer Akkumulatorzelle anzupassen. Grundsätzlich sind jedoch auch schmalere Polbleche denkbar. Es können Bleiakkumulatoren ausgeführt werden, die beispielsweise nur ein negatives Polblech besitzen. In der Regel wird jedoch ein negatives und ein positives Polblech jeweils an den gegenüberliegenden Stirnflächen des Platten-

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satzes angeordnet sein. Möglich ist es auch, zwei hochformatige Plattensätze in einer Zelle durch ein mittig angeordnetes Polblech zusammenzuschließen, wobei dann an den außenliegenden Stirnflächen der Plattensätze je ein negatives Polblech vorhanden ist.

In fertigungstechnischer Hinsicht ist der Plattensatz einschließlich Polblechen äußerst einfach herzustellen. Die Plattenelektroden werden mit den Scheidern in üblicher Weise zusammengetragen und gestapelt. Sodann wird seitlich je ein Polblech zur Anlage an die Stromfahnen gebracht. Der mechanische und elektrische Verbund zwischen Stromfahnen und Polblech kann z.B. durch Widerstandsschweißung erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Polblech mit Öffnungen oder Schlitzen zu versehen, die mit dem Querschnitt der Stromfahnen korrespondieren. In diesem Fall ist der Plattensatz schon allein durch das mechanische Aufschieben der seitlichen Polbleche auf die Stromfahnen als Paket zusammengeschlossen und kann nun leicht angehoben und gewendet werden, um die Stromfahnen mit den Polblechen zu verschweißen oder zu verlöten.

Es ist vorteilhaft, die Stirnkanten der Plattenelektroden gegen das Polblech ungleicher Polarität zu isolieren. Dies geschieht zweckmäßig dadurch, daß die Scheider mit einer die Stirnkanten der Plattenelektroden abdeckenden Folie verschweißt sind.

Die Polbleche sind zweckmäßigerweise oberhalb des Plattensatzes mit einem oder, wenn es zur Kontaktflächenvergrößerung erwünscht ist, mit mehreren Einzelpolen verbunden. Dabei können die Polbleche bis unmittelbar

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unterhalb des Zellendeckels hochgezogen sein oder aber sie erstrecken sich nur bis geringfügig oberhalb des Plattensatzes, wobei dann die Einzelpole mit entsprechend großem Ableitungsquerschnitt bis an die Polbleche heranzuführen sind.

Die Anfangsspannungen und die entnehmbaren Energien pro Batteriegewicht sind bei der erfindungsgemäßen Akkumulatorzelle stark verbessert. Dies ist neben anderem auf die seitliche Fahnenanordnung und deren Verteilung über die Höhe der Platten zurückzuführen. Der Abstand der seitlichen Stromfahnen zueinander kann dabei ausgehend vom Plattengrund variieren, so daß sich stets eine gleichmäßige Stromverteilung auf der Plattenoberfläche erreichen läßt. Die seitlichen Polbleche nehmen trotz ihres großen Leiterquerschnittes nur einen geringen Platz ein, und sie bestehen aus einem Werkstoff, der eine wesentlich bessere elektrische Leitfähigkeit besitzt als Blei. Hervorragende Ergebnisse insbesondere im Hinblick auf die gewichtsspezifischen Energien bei Kurzzeitentladungen wurden mit einem Polblech aus Elektrolytkupfer bzw. einer Legierung mit mindestens 90 % Cu erzielt, das mit einem Pb/Sn-Überzug mit 0,1 bis 50 % Sn (vorzugsweise 5 bis 15 % Sn) versehen ist. Ebenso gute Ergebnisse lieferte ein Polblech aus Elektrolytkupfer bzw. einer Legierung mit mindestens 90 % Cu, das durch eine 2 bis 20^ (vorzugsweise 5^) starke Eisenschicht, einer Pb/Sn-Feuerverzinnung und eine abschließende 2 bis 5 mm (vorzugsweise 2 bis 3 mm) starke Bleischicht geschützt ist. Polbleche aus elektrolytisch verbleitem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung brachten ebenfalls gute Ergebnisse, doch benötigen sie volumenmäßig etwas mehr Platz.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Querschnitt durch den Randbereich einer hochformatigen Akkumulatorenzelle,

Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 verwendeten Polbleches.

Betrachtet man zunächst Fig. 2, dann erkennt man die fertigungstechnisch besonders günstige Konstruktion eines erfindungsgemäßen Polbleches. Das Polblech 3 ist aus einem normalen Plattenmaterial auszustanzen und wird in seinem oberen Bereich 4 umgebogen. Beim Ausstanzen werden zugleich die Schlitze 5 hergestellt, deren Form und Anordnung den Stromfahnen 6 an den Platten 7 entsprechen.

Im nächsten Fertigungsgang wird das Polblech gemäß Fig. mit dem Einzelpol 8 gemäß Fig. 1 durch Hartlöten o.a. verbunden. Bei hohen Strombelastungen kann der Pol aus dem gleichen Material wie das Polblech bestehen und wird dann ebenso wie das Polblech durch vorzugsweise elektrolytisch aufgebrachte Schichten aus einer Pb/Sn-Legierung o.a. geschützt. Der Pol kann auch im Bereich der Säurespiegeloberfläche, die durch die Linie 9 angedeutet ist, durch einen dichtmittelbeschichteten Schrumpfschlauch oder durch eine Bleischicht geschützt sein.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das vorgefertigte Polblech auf die Stromfahnen 6 des gestapelten Plattensatzes 7 aufgeschoben. Der Plattensatz ist dann als kompakte Einheit hantierbar, so daß die sichere elektrische Verbindung zwischen den Stromfahnen und dem Polblech leicht durch Verschweißen oder Verlöten oder nach einem anderen geeigneten Verfahren durchgeführt werden kann.

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Der fertiggestellte Plattensatz wird sodann in den Batteriekasten 10 eingebracht, woraufhin der Batteriekasten mit dem Deckel 11 unter Abdichtung des Einzelpoldurchtritts durch den Deckel verschlossen wird.

Nicht dargestellt ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere in fertigungstechnischer Hinsicht Vorteile bietet. Sie ist gekennzeichnet durch eine Plattenelektrode, die sowohl an ihren senkrechten Stirnkanten Stromfahnen besitzt als auch mindestens eine Stromfahne an ihrer oberen waagerechten Stirnkante. Das Polblech, das,wie aus Fig. 1 ersichtlich,in seinem oberen Bereich umgebogen ist, ist dann mechanisch und elektrisch sowohl mit den Stromfahnen an der senkrechten als auch an der waagerechten Stirnkante der Plattenelektroden verbunden und gibt diesen einen außerordentlich guten Halt sowie dem Plattensatz eine bessere Hantierbarkeit im Fertigungsprozeß. Dies gilt insbesondere für Ausführungsformen der Erfindung, bei der die Stromfahnen in korrespondierende Öffnungen in dem Polblech eingreifen. Das Polblech, das in dem oberen umgebogenen Bereich federnd nachgibt, ist in diesem Fall allein schon durch das mechanische Aufschieben auf die Stromfahnen an den rechtwinklig zueinander verlaufenden Stirnkanten der Plattenelektroden ausreichend fest mit diesen verklammert, so daß der weitere Fertigungsablauf der so verklammerten Plattensätze einfacher und damit kostengünstiger gestaltet werden kann.

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-AO-Leerseite

Claims

-Jg- 2671381 Ansprüche

1. Bleiakkumulatoren hoher Bauart mit Plattenelektroden, die über an ihren Stirnkanten angeordneten und an Stromleitern befestigten Stromfahnen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Plattenelektroden (7) an ihren senkrechten Stirnkanten mindestens zwei im Abstand zueinander angeordnete Stromfahnen (6) besitzen und daß die Stromfahnen mehrerer Plattenelektroden gleicher Polarität mit einem stirnseitig angeordneten Polblech (3) hoher elektrischer Leitfähigkeit mechanisch und elektrisch verbunden sind.

2. Bleiakkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Plattenelektroden an zwei zueinander geneigt verlaufenden Stirnkanten Stromfahnen besitzen, die mit einem entsprechend geformten Polblech mechanisch und elektrisch verbunden sind.

3. Bleiakkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Polbleches (3) der Breite des Plattensatzes (7) einer Akkumulatorzelle entspricht.

4. Bleiakkumulator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Polblech (3) oberhalb des Plattensatzes (7) mit einem oder mehreren Polen (8) verbunden ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Bleiakkumulator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfahnen mit dem Polblech durch Widerstandsschweißung verbunden sind.

6. Bleiakkumulator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfahnen (6) in korrespondierende Öffnungen (5) in dem Polblech (3) eingreifen.

7. Bleiakkumulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfahnen (6) mit dem Polblech (3) verschweißt bzw. verlötet sind.

8. Bleiakkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkanten der Plattenelektroden gegen das Polblech ungleicher Polarität isoliert sind.

9. Bleiakkumulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet. daß die Scheider mit einer die Stirnkanten der Plattenelektroden abdeckenden Folie verschweißt sind.

10. Bleiakkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polblech aus Elektrolytkupfer bzw. einer Legierung mit mindestens 90 % Cu besteht und einen Pb/Sn-Überzug mit 0,1 bis 50 % Sn (vorzugsweise 5 bis 15 % Sn) besitzt.

11. Bleiakkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polblech aus Elektrolytkupfer bzw. einer Legierung mit mindestens 90 % Cu besteht und durch eine 2 bis 20^t (vorzugsweise Sju.) starke Eisenschicht, einer Pb/Sn-Feuerverzinnung und eine abschließende 2 bis 3 mm starke Bleischicht geschützt ist.

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