DE2737838C3

DE2737838C3 - Bauart und Verfahren zur Herstellung eines mehrzelligen Bleiakkumulators

Info

Publication number: DE2737838C3
Application number: DE2737838A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Ing. Dr. 3000 Hannover Golz
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: Clarios Germany GmbH and Co KG
Priority date: 1977-08-23
Filing date: 1977-08-23
Publication date: 1980-11-20
Also published as: ES472065A1; IT7826952A0; GR64039B; DE2737838B2; IT1098121B; DK342878A; FR2408919B1; FI71634B; GB2003650B; ES242412U; CH636989A5; ATA455678A; BR7805365A; DK154379C; US4615958A; CA1105992A; NO148275C; NO782387L; FI781981A; TR21238A

Description

ίο Die Erfindung betrifft einen mehrzelligen Bleiakkumulator mit in einem Blockkasten angeordneten Plattenblöcken aus positiven und negativen Elektroden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen für den Fahrzeugeinbau, z. B. als Starterbatterie, bestimmten Akkumulator.

Der Bleiakkumulator hat ungeachtet seiner speziellen Ausführungsforme.n, die den verschiedensten Anwendungszwecken angepaßt sind, heute ein Höchstmaß technischer Vollkommenheit erreicht. Gekennzeichnet nach der Bauart der positiven Platten, lassen sich drei Grundtypen von Akkumulatorenzellen unterscheiden. Es gibt Zellen mit positiven Großoberflächenplatte!!, vorwiegend für ortsfeste Aufstellung, Zellen mit positiven Gitterplatten für den Betrieb in Fahrzeugen und Zellen mit positiven Panzerplatten, die sowohl für die Elektrotraktion als auch für ortsfeste Aufstellung geeignet sind.

Bleiakkumulatoren für den Gebrauch als Kraftfahrzejgbatterien sind aus naheliegenden Gründen kompakter und leichter gebaut als ortsfeste Batterien. Dies gilt vornehmlich für die Kraftfahrzeug-Starterbatterien, bei denen stets mehrere Zellen in einem Blockkasten aus Hartgummi oder Kunststoff vereinigt sind. Die Blockkasten haben aufgeschweißte Deckel mit einer

öffnung über jeder Zelle für das Entweichen der Gase und zum Nachfüllen des Elektrolyten.

Die Zellen sind von positiven und negativen Gitterplatter ausgefüllt, wobei z. B. jeweils 6 positive und 7 negative Platten mit zwischenliegenden Separatoren aus mikroporösem Material zu einem Plaüenblock zusammengefügt sind und den Inhalt einer Zelle bilden. Alle Stromableiter (Plattenfahnen) der einen wie der anderen Polarität werden durch Polbrücken gesondert verbunden, die die aus dem Blockkasten herausragenden Pole tragen.

Die Gitterplatten kommen dem Wunsch, die inaktiven Bauelemente und Gerüstsubstanzen einer Zelle zugunsten der für die Stromlieferung allein wirksamen Elektrodenmassen auf ein notwendiger Mindestmaß zu reduzieren und damit die Energiedichte zu steigern, am ehesten entgegen. Sie können sehr dünn sein (1 mm); dann ist auch bei hohen Stromstärken (Anlassen des Kraftfahrzeuges) die Masseausnutzung noch gut. Vielen Bemühungen der letzten Zeit um den Ersatz der herkömmlichen Blei/Antimon-Gitterlegierungen durch antimonarme oder -freie Legierungen, um die Lagerfähigkeit geladener negativer Platten durch einen Oxidationsschutz, um aktivierende und die Selbstentladung hemmende Zusätze verschiedenster Art und anderen Neuerungen mehr verdanken die Elektroden und damit der Bleiakkumulator ihren derzeitigen hohen Qualitätsstand.

Dagegen ist der Fertigunirsprozeß trotz einer Reihe automatisierter Arbeitsabläufe doch im wesentlichen seit Jahrzehnten unverändert und ein diskontinuierlicher geblieben. Dies ergibt sich schon aus der Einzelfertigung der Gitter in den Gittergießmaschinen, wo sie meist als Doppelgitter anfallen und dann

getrennt werden müssen. Die Pastiermaschinen arbeiten ebenfalls diskontinuierlich, ebenso ist die auf das Curing folgende und noch viel geübte Tankformation ein diskontinuierlicher Arbeitsschriu, bei dem die Gitterplatten, in Gestellen hängend und nach vorgesehener Polarität getrennt, viele Stunden im Formationstank verbleiben. Der Platteneinbau in den Blockkasten, der bei der Zellen- oder Blockkastenformation schon nach dem Pastieren bzw. Curing vorgenommen wird, erfolgt hier wie dort wiederum einzeln und diskontinuierlich.

Aus der US-PS 26 65 325 ist bekannt, die Einzelplatten der einen wie der anderen Polarität in einer konventionellen Akkumulatorenzelle jeweils durch ein flexibles Elektrodenband zu ersetzten, so daß die Elektrodenbestückung der Zelle aus einem gewickelten oder mehrfach gefalteten Elektroden-Doppelband mit zwischenliegendem, ebenfalls bandförmigen Separator besteht. Bei diesen bekannten Elektroden ist das aktive Material auf perforierte und mit einem Ableiterstreifen versehene Bleifolien aufgebracht oder zwischen Bleifolien eingeschlossen. Der Materialaufwand und die umständliche Fertigung dieser Elektrodenbänder läßt nur eine Verwendung in kleinen Bleizellen als cinnvoll erscheinen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bleiakkumulator verfügbar zu machen, welcher als Produkt durch die Merkmale hoher Wirtschaftlichkeit, geringen Wartungsaufwandes und unbedingter Zuverlässigkeit ausgezeichnet ist. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, ein Herstellungsverfahren für den Akkumulator anzugeben, welches ein überwiegend kontinuierliches Arbeiten ermöglicht und den Erfordernissen einer rationellen Massenfertigung besser als bisher gerecht wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die benachbarten Einzelzellen durch das Elektrodenträgergerüst einer von zwei Bandelektroden elektrisch verbunden sind, welche großflächig durch die Zellentrennwand geführt ist.

Fig. 1 macht den Gegenstand der Erfindung in einer schematischen Draufsicht deutlich.

Fig. 2 gibt eine perspektivische Aussicht des an seiner Vorderseite geöffneten zweizeiligen Akkumulator-Blockkastens und läßt darüber hinaus das Verfahren der Elektrodenbeschickung erkennen.

Der Blockkasten (I) ist ausgefüllt mit einem erfindungsgemäßen Elektrodensatz, der aus der Bandelektrode (12), der Bandelektrode (13) und dem zwischengelegten Separatorband (4) mit Rippen oder Stegen (5) besteht. Diese sind zickzackartig zu Paketen gefaltet und werden paketweise von der Seite in die Akkumulatorenzellen eingeschoben. Die Faltkanten (6) der Elektrodenpakete s'ehen zur Auflagefläche des Akkumulators senkrecht, so daß Gasblasen zwischen den Elektroden ungehindert aufsteigen können.

Gemäß der Erfindung erfolgt sowohl die Verbindung der Zellen untereinander als auch die Außenableitung durch großflächig über die Zellentrennwand (7) bzw. die Stirnwände (8) des Blockkastens geführte Bereiche (9) des Elektrodenträgcrgeri ν jeweils einer Bandelektrode. In den Figuren werden beispielsweise die Außenableitungen (16) und (17) vom Elektrodenträgergerüst (2) der Bandelektrode (12) gebildet, während die Verbindung zwischen den Zellen durch das Elektrodenträgergerüst (3) der Bandelektrode (13) hergestellt ist.

Es kann aber auch das jeweilige Elektrodenband am Ende über einen Bleistift gewickelt und mit diesem

durch z. B. Preßschweißen elektronenleitend verbunden werden. Von diesem Stift aus kann eine Poldurchiuhrung in an sich bekannter Weise erfolgen.

Die Gegenelektrode und der Separator sind in den Obergangsbereichen zwischen den Zellen unterbrochen.

Zur Herstellung eines zickzackartig gefalteten Elektrodenpaketes gemäß der Erfindung für einen mehrzelligen Akkumulator wird vorzugsweise ausgegangen von als Endlosband auf Rollen (10), (11) gewickelten Elektrodenträgergerüsten (2), (3), weiche die Form eines üblichen Gittergerüstes aus Blei haben oder auch aus Bleistreckmetall bestehen können, wobei jedes Elektrodenband gegebenenfalls am Rand einen durchlaufenden Steg besitzt. In diese Elektrodenträgergerüste wird als aktives Material eine Einheitsmasse einpastierL Dies ist vorteilhaft, weil die fertigen Bandelektroden im Batteriebetrieb von Zelle zu Zelle ihre Polarität wechseln. Die Elektrodenträgergerüste (2), (3) gehen so in die Bandelektroden (12), (13) über.

Unter Zwischenlage eines hochporösen, jedoch gegen Druck weitgehend unempfindlichen Separatorbandes (4), das sich von der Rolle (14) abwickelt, laufen die Elektrodenbänder nunmehr über der Umlenkrolle (15) zusammen und können dann gefaltet werden.

Unmittelbar vor dem Faltvorgang werden in vorgegebenen Abständen diejenigen Bereiche (9) aus den Bandelektroden (12). (13) und dem Separator (4) herausgeschnitten, welche nach dem Einschub in den Blockkasten über eine der Wände (7) oder (8) verladen würden und dort überflüssig sind, ausgenommen das zum Übergang über eine Trennwand jeweils benötigte Elektrodenträgergerüst.

Die Entfernung der aktiven Masse kann durch einen Ausblasvorgang, Spülvorgang oder gegebenenfalls auch schon beim Pastiervorgang durch Freilassen einer entsprechenden Stelle des Elektrodengerüstes von pastitrter Masse geschehen.

Zur Fertigstellung des Akkumulators ist es dann nur noch notwendig, das Gehäuse zu verschließen, was überraschenderweise sehr einfach dadurch geschehen kann, daß in einem an sich bekannten Spiegel-Schweiß-Verfahren eine Seitenwand (18) aufgespiegelt wird. Dabei fallen die Durchführungen der jeweiligen Bandelektroden durch die Zellentrennwände (7) und die Stirnwände (8) des Blockkastens (1) mit der in F i g. 1 als Spur (A-A) ausgedeuteten Verschlußebene zusammen. Durch die Wärmeeinwirkung dringt der Kunststoff sowohl der Zellentrennwand (7) und der Stirnwände (8) des Kastens als auch der entsprechenden Fortsetzungen (19) bzw. (20) in der Seitenwand (18) durch das Gerüst der Elektrode, so daß sich eine feste und flüssigkeitsdichte Verbindung ergibt. Vor diesem Aufspiegeln eines Deckels kann es zweckmäßig sein, durch einen Stempel das Elektrodengerüst auf die Trennwand aufzudrücken und gegebenenfalls bei diesem Verfahrensschritt noch eine zusätzliche Erwärmung vorzunehmen, um schon ein gewisses Eindringen des Elektrodengerüstes in die Kante der Zellentrennwand (7) vor dem endgültigen Aufspiegeln des Deckels zu erreichen. Die notwendigen Endpolanschlüsse eines solchen Akkumulators können innerhalb oder außerhalb der Zeile aus dem hervoi stehenden Elektrodengerüstteil durch Zusammenpressen und beispielsweise Anschweißen eines Endpols gebildet (j5 werden.

Der Vorteil des beschriebenen Akkumulators liegt darin, daß sein Herstellungsprozeß einen besonders günstigen Materialfluß aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrzelliger Bleiakkumulator mit Elektrodenblöcken aus zickzackartig zu einem Paket zusammengefalteten positiven und negativen Bandelektroden mit zwischenliegendem Separator, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Einzelzellen durch das Elektrodenträgergerüst einer der Bandelektroden (12, 13) elektrisch verbunden sind, welches großflächig durch die Zellentrennwand

(7) geführt ist.

2. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandenden der Elektrodenblöcke mit stiftförmigen Bleistäben, z. B. durch Aufwickeln und Preßschweißen, elektronenleitend verbunden sind und daß diese Stifte die Basis für eine Poldurchführung bi'den.

3. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren elektrischen Anschlüsse (16, 17) von dem durch die Stirnwände (8) des Blockkastens geführten Elektrodenträgergerüst derselben Bandelektrode gebildet sind.

4. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenblöckc mit ihren Faltkanten (6) senkrechtstehend in den Zellen angeordnet sind und der Blockkasten-Verschluß von einer Seitenwand (18) gebildet ist.

5. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungen der jeweiligen Bandelektroden durch die Zellentrennwände (7) und die Stirnwände

(8) des Blockkastens (1) in der Verschlußebene (A-A) liegen.

6. Verfahren zur Herstellung eines mehrzelligen Bleiakkumulators, bei welchem die Elektrodenblökke aus positiven und negativen Bandelektroden mit zwischenliegendem Separator zirkzackförmig zu einem Paket zusammengefaltet und in den Blockkasten eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Elektrodenträgergerüst, welches großflächig durch die Zellentrennwand oder die Stirnwand des Blockkastens geführt wird, mit entsprechend abgeteilten Bereichen versehen wird, welche frei von aktiver Masse sind und daß der entsprechende Parallelabschnitt der Gegenelektrode ganz entfernt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenblöcke in einem Blockkasten (1) mit seitlichen öffnungen eingesetzt werden und daß diese Seite des Blockkastens durch Aufschweißen einer Seitenwand (18) flüssigkeitsdicht verschlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließen mittels eines Spiegelschweißverfahrens erfolgt und daß vor dem Verschweißen das von aktiver Masse freie Elektrodenträgergerüst der einen Bandelektrode durch Druckeinwirkung in die Zellentrennwand oder die Stirnwand leicht eingesenkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der einzusenkende Bereich des Elektrodenträgergerüsts vor der Druckeinwirkung erwärmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6—9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenträgergerüste mit einer einheitlichen aktiven Masse pastiert werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandelektroden im verschlossenen Blockkasten formiert werden.