DE2850834A1

DE2850834A1 - Elektrische mehrzellen-batterie

Info

Publication number: DE2850834A1
Application number: DE19782850834
Authority: DE
Inventors: Alan Keith Maplesden; William Leslie Mcdowall
Original assignee: Dunlop Australia Ltd
Current assignee: Dunlop Australia Ltd
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-11-24
Publication date: 1979-06-13
Also published as: US4209575A; AU4197078A; GB1588109A; BR7807806A; AU533292B2; CA1103756A

Description

DUNLOP AUSTRALIA LIMITED,

108 Flinders Street, Melbourne, Victoria (Australien)

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 25 52 471.4-45)

Die Erfindung betrifft eine elektrische Mehrzellen-Batterie mit mehreren nebeneinander angeordneten aktiven Platten, die in Rahmen aus isolierendem Material befestigt sind, bei der 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, bei der benachbarte Platten in einem Rahmen und auch benachbarte Platten in hintereinanderliegenden Rahmen jeweils unterschiedliche Polaritäten haben und bei der nur jeder zweite Rahmen Platten enthält, während die dazwischenliegenden Rahmen jeweils ein poröses Separatorteil enthalten, das sich zwischen den Umfangsleisten bzw. Streben des Rahmens erstreckt und fest an dem Rahmen angebracht ist, nach Patent ........ (Patentanmeldung P 25 52 471.4-45).

In Batterien mit flüssigem Elektrolyten befindet sich normalerweise zwischen zwei benachbarten Batterieplatten ein Separatorteil, um sicherzustellen, daß zwischen den Platten kein Kontakt erfolgt. Das Separatorteil muß jedoch porös sein, so daß der flüssige Elektrolyt frei hindurchgehen kann.

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Es ist ferner üblich, mindestens an derjenigen Fläche des Separatorteils, die der positiven Platte der Zelle zugewandt ist, Rippen vorzusehen, um sicherzustellen, daß Gas, das sich während der Aufladung und der Entladung der Batterie gebildet hat, aus dem Elektrolyten entweichen kann. Die Rippen stellen freie ungestörte Durchlässe für die Gasblasen zwischen dem Separatorteil und der positiven Platte dar. Diese Durchlässe unterstützen auch die Zirkulation des Elektrolyten innerhalb der Batterie und tragen so zur Leistungssteigerung der Batterie bei.

Die DE-AS 23 47 218 beschreibt eine Mehrzellen-Batterie, bei der mehrere Rahmen aus einem formbaren bzw. gießfähigen elektrisch isolierenden Material nebeneinander angeordnet sind. Jeder Rahmen ist gegenüber den aktiven Materialien der Batterie und gegenüber den während des Betriebs der Batterie entstehenden Substanzen inert und weist Felder auf, die in der Rahmenebene nebeneinander liegen. Jeder Rahmen besteht aus Umfangsleisten und Streben, die die verschiedenen Flächenbereiche begrenzen. Die Umfangsleisten und Streben benachbarter Rahmen stoßen abdichtend gegeneinander und bilden auf diese Weise die Trennwände zwischen benachbarten Zellen der Batterie. Jedes Feld eines jeden Rahmens bildet eine Batterieplatte. Das aktive Batteriematerial in den jeweiligen Feldern ist so gewählt, daß benachbarte Felder in jedem Rahmen Platten unterschiedlicher Polaritäten bilden und daß benachbarte Felder in nebeneinanderliegenden Rahmen ebenfalls Platten entgegengesetzter Polaritäten bilden. Zwischen den Platten aus aktivem Material befinden sich poröse Separatorteile.

In dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 52 471.4-45

ist eine derartige Mehrzellen-Batterie beschrieben, bei der

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nur jeder zweite Rahmen Platten enthält, während die dazwischenliegenden Rahmen jeweils ein poröses Separatorteil enthalten.

Die Separatorrahmen, die die Batterie bilden, werden normalerweise in situ einem geeigneten Kunststoffblatt angeformt bzw. angegossen oder angespritzt. Bei einer Batterie der oben erwähnten Konstruktion hat jedoch jedes der rahmentragenden Separatorteile in der fertigen Batterie Platten unterschiedlicher Polaritäten auf derselben Rahmenseite. Wenn daher die übliche Praxis der Anbringung einer der positiven Platte zugewandten Rippenkonstruktion an dem Separatorteil beibehalten werden soll, dann müssen die Rippen an beiden Seiten eines jeden Separatorteiles an jedem Rahmen der Batterie vorhanden sein.

Die Erfahrung bei der Herstellung von Separatormaterial in Blattform hat gezeigt, daß es außerordentlich schwierig ist, die erforderliche Qualitätskontrolle, insbesondere im Hinblick auf die Flachheit, beizubehalten, wenn an dem Blatt integrale Rippen gebildet xverden. Eine Separatorkonstruktion, die keine integralen Rippen in dem blattförmigen Se— paratormaterial erfordert, hätte daher erhebliche Vorteile.

Ferner verursacht die Verwendung der gegenwärtig verfügbaren gerippten blattförmigen Separatormaterialien in der eingangs erwähnten Mehrzellen-Batterie Schwierigkeiten bei der großvolumigen Herstellung, denn es müssen nicht nur benachbarte Separatorteile in einem einzigen Rahmen unterschiedliche Orientierungen haben, sondern die Separatorteile für dieselbe Zelle im benachbarten Rahmen müssen zusätzlich noch untexschiedlich orientiert sein. Dieses Er-

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fordernis der Variation der Orientierung der Separatorteile würde natürlich die Herstellungs- und Montagekosten der Batterie erheblich erhöhen. Außerdem würde die Gefahr des falschen Zusammenbaus und daher der geringeren Leistungsfähigkeit der Batterie bestehen, wobei möglicherweise auch Batterien zerstört würden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehrzellen-Batterie der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Konstruktion des Separatorteils, das zwischen benachbarten Platten der Batteriezellen angeordnet ist, verbessert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jedes Separatorteil mindestens ein Abstandhalterelement aufweist, das von seiner Fläche absteht und gegen eine Stützfläche eines benachbarten Rahmens, der eine positive Platte enthält, gerichtet ist, so daß das Separatorteil im Abstand von der positiven Platte gehalten wird.

In der Batterie haben alle Separatorteile die gleiche Form und Konstruktion. Im einzelnen ist die freiliegende Oberfläche des Separatorteils an jeder der beiden Seiten des Rahmens die gleiche. Die Flächen können entweder eben oder gleichermaßen konturiert oder geriffelt sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat jedes Separatorte i die Form eines Blattes oder Streifens aus geeignetem Material mit einer flachen ebenen Oberfläche zu beiden Seiten. Die Abstandhalter-Vorsprünge sind dem Rahmen einstückig angeformt und erstrecken sich teilweise über eine . Fläche des Separatorteils. Diese Vorsprünge wirken als Abstandhalter zwischen der Oberfläche des Separatorteiles

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und dem aktiven Batteriematerial der benachbarten Platte. Vorzugsweise erstrecken sich die Abstandhalter-Vorsprünge über die beiden einander gegenüberliegenden Flächen des Separatorteils.

Um die durch die Abstandhalter-Vorsprünge verursachte Störung des Elektrolytflusses und des Gasflusses so gering wie möglich zu halten, sind die Vorsprunge vorzugsweise auf der Fläche des Separatorteils vom Verbindungspunkt mit dem Rahmen aus schräg nach oben gerichtet. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Oberseite des Vorsprunges mit dem benachbarten Teil des Rahmens und dem Separatorteil eine Tasche bildet, in der Partikel des aktiven Materials, die sich während des Gebrauchs der Batterie von den benachbarten aktiven Platten lösen, aufgefangen werden. Durch das Auffangen dieser Partikel in den Taschen wird die Ansammlung von aktivem Material am Boden der Zelle verringert. Solche Materialansammlungen am Zellenboden verschlechtern das Verhalten der Zelle.

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

Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht des Rahmens,

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Figur 1 und

Figur 3 in perspektivischer Darstellung eine vergrößerte Ansicht desjenigen Teiles des Rahmens, der in Figur 1 mit B bezeichnet ist.

Der Separatorrahmen ist aus Kunststoffmaterial gegossen oder gespritzt und weist eine rechtwinklige Außenbegrenzung auf, die aus den vertikalen Leisten 4, der oberen Leiste 3 und der Bodenleiste 3a besteht. Der Rahmen ist durch mehrere vertikale Streben 4a unterteilt, die zwischen der Bodenleiste und der oberen Leiste parallel zu den Seitenleisten 4 verlaufen. In der Zeichnung sind fünf Streben dargestellt, die sechs Separatorfelder voneinander trennen, so daß der Rahmen in einer 6-zelligen Batterie verwendet werden kann. Der Rahmen ist in situ um eine zuvor in der entsprechenden Weise angeordnete Konstellation aus Separatorteilen 2 herum gegossen bzw. geformt, von denen jedes eine flache Streifenform hat und aus einem geeigneten herkömmlichen Separatormaterial besteht. Diese Formung des Rahmens führt dazu, daß die Separatorteile innerhalb des Rahmens zu einer einstückigen Struktur miteinander verbunden werden, wobei die Ränder der Separatorteile in die Leisten und/oder Streben des Rahmens einge-

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bettet und an diesen befestigt werden. Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, sind die Separatorteile in benachbarten Streben des Rahmens voneinander getrennt, so daß in der fertigen Batterie kein Elektrolytdurchgang zwischen den Zellen besteht.

Bei einer alternativen Konstruktion haben die Separatorteile 2 anfänglich die Form eines einzelnen Blattes. Der Rahmen wird aus Kunststoff in situ an das Blatt angeformt. Während des Formvorganges verschmilzt das Rahmenmaterial mit dem Separatorblatt, so daß diejenigen Bereiche des Blattes, die innerhalb der Rahmenelemente liegen, nichtporös werden bzw. ihre Poren sich schließen.

Während der Formung des Rahmens werden auch mehrere als Abstandhalter dienende Vorsprünge 1 an einander gegenüberliegenden Seiten eines jeden Separatorteils 2 gebildet. Die Vorsprünge erstrecken sich nach oben und teilweise über die Breite des Separatorteiles. Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, sind die Vorsprünge eines jeden Paares symmetrisch zu beiden Seiten des Separatorteiles angeordnet und das Separatorteil verläuft zwischen den VorSprüngen hindurch.

Wie aus den Figuren 1 und 3 zu ersehen ist, bilden die Vorsprünge mit den seitlichen Leisten des Rahmens 4 oder den Streben 4a eine nach oben geöffnete V-förmige Tasche. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispxel sind auf jeder Seite eines jeden Separatorteiles drei solcher Taschen vorhanden. Einzelne Teile aus aktivem Batteriematerial, die oberhalb einer der V-förmigen Taschen aus den aktiven Platten herausbrechen, werden mit großer Wahrscheinlich-

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keit in den Taschen gefangen und fallen daher nicht auf den Boden der Batterie herab. Um die Wahrscheinlichkeit des Herabfallens solcher Teile auf den Batterieboden zu verringern, erstreckt sich jeder Vorsprung 30 mindestens etwa über die Hälfte der Breite des Separatorteiles 2. Hierdurch ist sichergestellt, daß kein freier vertikaler Durchgang zum Herabfallen von Partikeln aus dem oberen Bereich auf den Boden des Separatorrahmens vorhanden ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich in jedem Rahmen sechs Separatorteile 2, so daß es zweckmäßig ist, Vorsprünge 1 zu beiden Seiten eines jeden Separatorteiles vorzusehen. Hierdurch ist sichergestellt, daß unabhängig davon, in welcher Richtung der Separatorrahmen in die Batterie eingebaut ist, die VorSprünge stets in die Bereiche des positiven aktiven Materials in dem Rahmen auf beiden Seiten des Separatormaterials gerichtet sind. Bei ■Batterien mit einer ungeraden Zellenzahl kann man jedoch eine Materialersparnis erreichen. Dabei brauchen nämlich die VorSprünge nur an einer Seite des Separatorteiles 2 in jeder Zelle angeordnet zu sein, wobei sie in benachbarten Zellen an einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Solche Separatorrahmen werden dann in der Batterie so zusammengesetzt, daß alternierende Separatorrahmen entgegengesetzt positioniert oder orientiert sind. Eine solche Anordnung der VorSprünge eignet sich jedoch nicht für Rahmen in Batterien mit einer geradzahligen Zellenzahl.

Durch die VorSprünge 1 ist es möglich, das Separatorteil aus streifen- oder blattförmigem Material mit flachen einander entgegengesetzten Flächen herzustellen, im Unter-

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schied zu dem bisher verwandten Material, das an einer Fläche Längsrippen oder Riefen aufweist. Diese Rippen oder Rillen verursachen Herstellungsschwierigkeiten beispielsweise beim Flachhalten des Streifens oder Blattes. Die Vorsprünge versteifen ferner das Separatormaterial gegen Formänderungen während des Betriebes und ermöglichen die Verwendung dünneren Streifen- oder Blattmaterials.

Die vorstehende Beschreibung ist in Verbindung mit der DE-AS 23 47 218 und der DE-OS 25 52 471 zu lesen und zu verstehen. Diese Druckschriften werden ausdrücklich in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen.

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L e e r s e i t e

Claims

VON KREFSLER SCnONWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTlNG WERNE

PATENTANWÄLTE Anmelder Dr.-Ing. von Kreisler11973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln DUNLOP AUSTRALIALIMITED Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln Flinders Street Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

.,, _ . . . Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Melbourne, Victoria DipL-lng. G. Selting, Köln

Australien Or. H.-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KOLN 1

21. November 1978 Sg/En

Ansprüche

Elektrische Mehrzellen-Batterie mit mehreren nebeneinander angeordneten aktiven Platten, die in Rahmen aus isolierendem Material befestigt sind, bei der 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, bei der benachbarte Platten in einem Rahmen und auch benachbarte Platten in hintereinanderliegenden Rahmen jeweils unterschiedliche Polaritäten haben und bei der nur jeder zweite Rahmen Platten enthält, während die dazwischenliegenden Rahmen jeweils ein poröses Separätorteil enthalten, das sich zwischen den Umfangsleisten bzw. Streben des Rahmens erstreckt und fest an dem Rahmen angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Separatorteil (2) mindestens ein Abstandhalterelement (1) aufweist, das von seiner Fläche absteht und gegen eine

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ORIGINAL

TpWnn ■ (0? 21) 13 IQ 41 · Telex: 888 7307 dopa d · Telenrnmm · Dnmpalent Köln

Stützfläche eines benachbarten Rahmens, der eine positive Platte enthält, gerichtet ist, so daß das Separatorteil (2) im Abstand von der positiven Platte gehalten wird.
2. Mehrzellen-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorteile (2) Blätter oder Streifen sind, deren beide Seiten eben sind.
3. Mehrzellen-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (1) sich über die beiden Flächen eines jeden Separatorteiles (2) erstrecken und von den Separatorteilen abstehende Vorsprünge bilden.
4. Mehrzellen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abstandhalter von seinem Verbindungspunkt mit dem Rahmen aus schräg nach oben weist und mit dem Rahmen und dem Separatorteil (2) eine nach oben offene Tasche bildet.
5. Mehrzellen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (1) zu beiden Seiten des Separatorteiles (2) in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, wobei an jedem Separatorteil (2) die Abstandhalter des linken Randes gegenüber den Abstandhaltern des rechten Randes höhenmäßig versetzt angeordnet sind.
6. Mehrzellen-Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (1) sich über jede Fläche eines jeden Separatorteiles (2) des Rahmens erstrecken.
7. Mehrzellen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da-

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durch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3, 3a, 4, 4a) und die Abstandhalter (1) um das Separatorteil (2) herum gegossen bzw. geformt ist.

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