DE2915880C2

DE2915880C2 - Alkalischer Akkumulator

Info

Publication number: DE2915880C2
Application number: DE2915880A
Authority: DE
Inventors: Marina Vladimirovna Andronova; Semen Michajlovi&ccaron; Peso&ccaron;inskij; Boris Il'i&ccaron; Prochorov; Boris Ivanovi&ccaron; Leningrad U&zcaron;inov; Oleg Jur'evi&ccaron; Vybornov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-09
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1982-09-23
Also published as: FR2454187A1; AT361063B; ATA253379A; FR2454187B1; DE2915880A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft alkalische Akkumulatoren.

Besonders vorteilhaft kann die \ orliegende Erfindung in Alkaliakkumulatoren verwendet werden, die als Speisequellen für Bahnmotoren, Grubenlokomotiven, Elektrokarren, Elektrostapler, Elektromobile, tragbare Lampen, Grubenleuchten, für Anlasser von Lokomotivdieselmotoren UaM. zum Einsatz kommen.

Es ist bekannt, daß die.-.lkaliscr'^-;n Akkumulatoren in Kunststoff- bzw. StahlgefäPen hergestellt werden. Für einen gefahrlosen und störungsfreien Betrieb von alkalischen Akkumulatoren in Stahlgefäßen ist es notwendig, ihre einwandfreie elektrische Isolation sicherzustellen. Es ist beim Betrieb von Beförderungsmitteln oder Lichtquellen, die mit solchen Akkumulatoren versehen sind und in brandgefährdeten und explosionsgefährlichen Betriebsräumen, wie z. B. Bergwerke und Schächte benutzt werden, wo sich leichtentzündbare Gase sammeln können, besonders wichtig zu berücksichtigen.

Eine störanfällige elektrische Isolation der Akkumulatoren in Stahlgefäßen kann die Entstehung von Bränden und Explosionen in den obengenannten Betriebsräumen beeinflussen.

In der Weltpraxis der Herstellung von alkalischen Akkumulatoren in Stahlgefäßen sind verschiedene Mittel zur elektrischen Isolation bekannt.

Es sind z. B. die alkalischen Akkumulatoren bekannt, deren elektrische Isolation durch eine Gummierung der Gefäße, d. h. durch ein Überziehen der Außenoberfläche der Stahlgefäße mit Gummi oder Ebonit ausgeführt ist. Die gummierten Überzüge der Akkumulatoren stellen ihren einwandfreien Betrieb sicher. Die Gummierung der Gefäße alkalischer Akkumulatoren ist jedoch zeitraubend, nicht leistungsfähig und kann nicht mechanisiert werden. Deshalb fanden die Akkumulatoren mit dem gummierten Überzug der Gefäße keine weite Verbreitung. Die gummierten Überzüge der Gefäße von Akkumulatoren sind außerdem brennbar und vergrößern damit die Feuergefährlichkeit der Ausrüstung. Außerdem werden die Akkumulatoren während des Betriebs erwärmt. Dadurch kann eine starke Überhitzung erfolgen, da die gummierten Überzüge eine gute Wärmeabgabe nicht sicherstellen. Die Überhitzung vermindert schließlich wesentlich die elektrischen Kennwerte und die Betriebsdauer.

Es ist auch ein alkalischer Akkumulator bekannt (siehe z. B. SU-PS 2 08 782), der ein Stahlgefäß enthält. Das Stahlgefäß besteht aus einem Gehäuse und einem Boden und ist mit einem Deckel versehen. Der Deckel und der Boden sind mit dem Gefäßgehäuse durch ein Randeinrollen verbunden.

ίο Im Gefäß ist ein zusätzliches Kunstst->ffgefäß angeordnet, wo Blöcke von ungleichnamigen Elektroden und ein Elektrolyt vorgesehen sind.

Außerdem ist das Akkumulatorgefäß im oberen und unteren Teil mit aus Gummi ausgeführten Isolatoren versehen. Die letzteren stellen die Isolation der Akkumulatoren voneinander und vom Boden eines Batteriekastens während ihrer Komplettierung zur Batterie sicher.

Der Nachteil dieses bekannten Aufbaus eines alkalischen Akkumulators besteht darin, daß während des Zusammenbaus und des Betriebs eine Störung des zusätzlichen Kunststoffgefäßes möglich ist, die eine Beschädigung seiner Abdichtung bedingt Dabei gelangt der Elektrolyt in den Spalt zwischen der Außenoberfläehe des zusätzlichen Kunststoffgefäßes und der Innenoberfläche des Stahlgefäßes des Akkumulators, wodurch seine elektrische Isolation beschädigt werden kann.

Die Außengummiisolatoren sind brennbarer und vergrößern somit die Feuergefähriichkeit der Ausrüstung.

Außer dem obengenannten Aufbau der Akkumulatoren ist auch ein alkalischer Akkumulator bekannt, der ein Stahlgefäß zeigt, auf das ein elektroisolierender

J5 Gummimantel aufgesetzt ist, der die elektrische Isolation sicherstellt.

Im Vergleich zum Akkumulator mit dem gummierten Überzug seines Gefäßes wird der angegebene Akkumulator durch einen wesentlichen Vorteil gekennzeichnet, der in einer einfachen Herstellung seines elektroisolierenden Gummimantels besteht. Die Herstellung des Gummimantels ist weniger zeitraubend als die Herstellung des gummierten Überzugs. Außerdem kann die Herstellung der Gummimäntel für die elektrische Isolation der alkalischen Akkumulatoren mechanisiert werden. Deshalb fanden die mit den elektroisolierenden Gummimänteln versehenen alkalischen Akkumulatoren eine weite Verbreitung.

Jedoch hat der mit dem elektroisolierenden Gummimantel versehene alkalische Akkumulator ebenfalls eine Reihe von Nachteilen.

Erstens ist eine Entstehung eines Spaltes zwischen der Außenoberfläche des Gefäßes und der Innenfläche des Gummimantels während des Aufziehens auf das Gefäß unvermeidbar. Der Spalt bedingt damit eine Möglichkeit zum Ansammeln des Elektrolyts im Gummimantel, wodurch der Widerstand der Mantelisolation abnimmt.
Zweitens hat der Gummimantel eine geringe mechanische Festigkeit, woduich der Gummimantel während des Betriebs des Akkumulators durch starke Stöße, Schläge usw. durchgerieben wird, wodurch beim Vorhandensein des Elektrolyts an der Gefäßoberfläche die elektrische Isolation des Akkumulators beschädigt wird. (Durch gestörte Abschnitte des Gummimantels fließt der Strom.) Infolgedessen besitzt der mit dem Gumniimante! versehene alkalische Akkumulator keine einwandfreie elektrische Isolation.

Drittens ist der Gummimantel brennbar und vergrößert damit die Feuergefährlichkeit der Anlage.

Viertens erwärmt sich der Akkumulator während des Betriebs und dadurch ist seine starke Überhitzung möglich, da der Gummimantel eine gute Wärmeableitung des Akkumulators nicht gewährleistet. Durch die Überhitzung des Akkumulators nehmen die elektrischen Kennwerte und die Betriebsdauer des alkalischen Akkumulators wesentlich ab.

In der Praxis fanden auch die alkalischen Akkumulatoren, die die Sidhlgefäße enthalten, an deren Außenbzw. Innenoberfläche der elektroisolierende Polymerüberzug bestrichen ist, weite Verbreitung.

Es ist z. B. ein alkalischer Akkumulator bekannt (siehe SU-PS 1 93 583), der ein Stahlgefäß zeigt.

Auf die seitliche Außenoberfläche des Gefäßes sind zwei Schichten einer Polyäthylenfolie aufgetragen. Auf den Boden des Gefäßes ist eine Polyäthylenauflage angepreßt, die ihrer Gestaltung entsprechend vorher gestanzt bzw. gegossen ist und an der seitlichen Polyäthylenfolie des Gefäßes angeschweißt ist.

Der Nachteil dieses Gefäßes besteht im großen Arbeitsaufwand beim Auftragen des elektroijolierenden Polymerüberzugs.

Es ist auch ein alkalischer Akkumulator bekannt (siehe FR-PS 13 09 975 und die Analogiepatente DE-PS 14 21528 und JP-PS 41-5 226), der ein Stahlgefäß enthält.

Auf die Außen- und jeweils auf die Innenoberflächen ist der Polymerüberzug aufgetragen.

Das Vorhandensein des dünnschichtigen Polymerüberzugs auf der Außenoberfläche des Gefäßes gewährleistet nicht nur seine elektrische Isolation, sondern verbessert auch die Wärmeabgabe im Vergleich zur Wärmeabgabe eines mit dem Gummimantel versehenen Akkumulators oder des Akkumulators mit einem gummierten Überzug des Gefäßes.

Jedoch besitzt der Akkumulator mit dem elektroisolierenden Polymerüberzug der Außenoberfläche des Gefäßes den wesentlichen Nachteil, der in der -to ungenügend einwandfreien elektrischen Isolation an den Verbindungsstellen des Gefäßgehäuses mit dem Gefäßboden besteht.

Bei der nahtlos gezogenen Herstellung des Gefäßes des Akkumulators unter der Verbindungsstelle des Gefäßgehäuses mit Gefäßboden versteht man die Berührungsstelle des Gefäßes mit ihren: Boden.

Bei der Bildung des elektroisolierenden Polymerüberzugs am Gefäß entstehen an der Verbindungsstelle des Gefäßgehäuses mit dem Gefäßboden im Überzug so wesentliche innere Spannungen, die beim Betrieb des Akkumulators zur Störung des elektroisolierenden Überzugs an der oben gezeigten Stelle führen.

Außerdem ist die Stelle, die das Gefäßgehäuse mit Gefäßboden verbindet, mechanischen Einwirkungen, wie Stöße, Schläge, Vibrationen usw. am meisten ausgesetzt, die beim Betrieb des Akkumulators entstehen und auch zur Zerstörung des elektroisolierenden Überzugs an der oben gezeigten Stelle führen.

Bei der Herstellung des Gefäßes durch Schweißen versteht man unter der oben gezeigten Verbindung eine Schweißnaht, die das Gefäßgehäuse mit seinem Boden verbindet.

Bei Verschweißen des Bodens mit dem Gefäßgehäuse werden in der Schweißnaht Poren und Hohlräume und auf der Oberfläche der Naht Aufschweißungen, Unebenheiten gebildet, die technologisch unvermeidbar sind. Die Beseitigung der Poren und Hohlräume mittels

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3f,

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60 Verschweißung führt zu keinem positiven Ergebnis, und die Aufschweißungen können nicht bearbeitet sein.

Aus diesen Gründen hat der elektroisolierende Polymerüberzug auf der Oberfläche der Schweißnahi eine niedrigere mechanische Festigkeit im Vergleich zur Festigkeit des elektroisolierenden Überzugs an den anderen Gefäßstellen. Infolgedessen wird der elektroisolierende Polymerüberzug auf der Oberfläche der Schweißnaht am häufigsten und in erster Linie den mechanischen Wirkungen wie Schlägen, Stoßen und Vibrationen ausgesetzt, die beim Betrieb des alkalischen Akkumulators entstehen und zur Störung der Unversehrtheit des elektroisolierenden Polymerüberziigs auf der Oberfläche der Schweißnaht führen.

Außerdem entstehen bei der Bildung des elektroisolierenden Polymerüberzugs auf der Oberfläche der Schweißnaht, die das Gefäßgehäuse mit dem Gefäßboden verbindet, im Überzug bedeutende innere Spannungen, die während des Betriebs zur Beschädigung des elektroisolierenden Polymerüberzugs auf der Oberfläche der Schweißnaht führen.

Erfindungsgemäß werden der Tiu? (17) und der Elektroisolierstcff (19) zur zusätzlichen, mt-chanisch und chemisch festen Elektroisolierung des Bodens des Metallgefäßes (2) mit dem elektroisolierenden Über/ug (16) verwendet.

Die DL-PS 6 92 747 und DE-GM 74 39 289 betreffen dagegen die Anordnung mehrerer Akkumulatoren bzw. Elemente in Batterietrögen, wobei erstere voneinander und vom Batterietrog durch flüssige Stoffe oder durch einen Füllstoff aus einem Gemisch aus einem rieselfähigen Stoff, einem Bindemittel und aus einem Polyäthylenfilm, der das Haftenbleiben des Füllstoffes an der Elementoberfiäche verhindert, isoliert sind. Beim Betrieb eines Akkumulators oder eines Elements außerhalb der Batterie ist eine zusätzliche, mechanisch und chemisch feste Elektroisolierung nicht vorgesehen und kann auch aufgrund der genannten entgegengehaltenen Konstruktionen infolge des Fehlens der Adhäsion der Isolierstoffe gegenüber dem Werkstoff des Akkumulator- oder Elementgefäßes (DE-PS 6 92 747 und DE-GM 74 39 289) und infolge des Fehlens eines chemisch inerten isolierenden flüssigen Materials (DE-GM 74 39 289) nicht realisiert werden.

Bei der US-PS 1 i 97 022 ist ein Schatz des Bleimantels für den Kontakt mit dem Metallgehäuse im Falle des Eindringens oder Auslaufens von Elektrolyt vorgesehen. Nicht vorgesehen ist jedoch ein Elektroisolierschutz der Außenfläche des Mttallgehäuses. weshalb ein störungsfreier Betrieb des Akkumulators nicht gewährleistet ist.

Beim erfindungsgernäßen Akkumulator wurde der Elektroisolierstoff ausgewählt ausgehend vom Vorhandensein der Adhäsion zwischen dem Polymerüberzug (16) unci der Vergußmasse.

Demgegenüber wird in der US-PS 11 97 022 ein Asphaltstoff zum Schutz der Metalloberfläche- des Mantels vor Säuren verwendet, d. h. das Metall berührt den Asphalt und somit kann das Prinzip der Wahl des Elektroisolierstoffes ausgehend von seiner Adhäsion gegenüber dem Polymerüberzug nicht realisiert werden. Der vorliegenden Erfindung liegt u. ä die Aufgabe zugrunde, solchen alkalischen Akkumulator m schaffen, dessen Gefäßaufbau die Unversehrtheit des elektroisolierenden Überzugs an der Verbindungsstelle des Gefäßgehäuses des Al.kumutotors mit dem Boden des Gefäßes während des Betriebs gewährleistet. Die gestellte Aufgabe wird wie aus den vorstehenden

Ansprüchen ersichtlich gelöst.

Da der alkalische Akkumulator einen Trog mit Elektroisolierstoff enthält, der die Adhäsion zum elektroisolierenden Überzug des metallischen Gefäßes aufweist, wird die zusätzliche elektrische Isolation des Gehäuses des metallischen Gefäßes zu seinem Boden erreicht. Sogar bei der Beschädigung des elektroisolierenden Überzugs auf der Oberfläche des Verbindungsmittels des Gehäuses des metallischen Gefäßes mit seinem Boden während des Betriebs wird die elektrische Isolation der angegebenen Verbindung bestehen bleiben, da der Zutritt des Elektrolyts oder der Feuchtigkeit zu beschädigten Abschnitten des elektroisolierenden Überzugs auf der Oberfläche der Verbindung des Gefäßgehäuses mit Gefäßboden ausgeschlossen ist.

Es ist zweckmäßig, als Elektroisolierungsstoff eine Vergußmasse zu benutzen, die eine Adhäsion zum elektroisolierenden Überzug des Gefäßes aufweist.

Die Verwendung solch einer Vergußmasse macht den Kontakt des Elektrolyts mit dem elektroisolierenden Überzug an der Verbindungsteile des GefäBgehäuses mit dem Gefäßboden unmöglich.

Die vorliegende Erfindung soll anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, die Hinweise auf die Zeichnungen enthält, erläutert werden. Aus erklärlichen Gründen sind die Zeichnungen für ein leichteres Verständnis der vorliegenden Erfindung, aber nicht für die Beschränkung des Inhalts der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht des alkalischen Akkumulators gemäß der vorliegenden Erfindung (Längsschnitt);

Fig. 2 die in der Fig. 1 dargestellte Einheit A des Akkumulators im vergrößerten Maßstab;

Fig. 3 eine weitere Ausführung der in der Fig. I dargestellten Einheit A im vergrößerten Maßstab;

F i g. 4 noch eine weitere Ausführung der in der F i g. I dargestellten Einheit A im vergrößerten Maßstab.

Der alkalische Akkumulator (Fig. 1) enthält einen Block 1 der abwechselnd folgenden ungleichnamigen (positiven und negativen) Platten, die in einem Stahlgefäß 2 mit einem Deckel 3 angeordnet sind, der am Stahlgefäß 2 angeschweißt ist.

Über öffnungen 4 im Deckel 3 sind Polklemmen 5 ausgeführt, die von diesem Deckel durch Isolierbüchsen 6 und Dichtungsringe 7 isoliert und am Deckel 3 mittels Muttern 8 befestigt sind. Am Deckel 3 ist ein Hals 9 mit einem Stopfen 10 vorgesehen. Das Stahlgefäß 2 besteht aus dem Gehäusemantel 11 und dem Boden 12. Der Boden 12 des Gefäßes 2 (Fig. 2) ist mit einer Umbördelung 13 ausgeführt und mit dem Gehäusemantel 11 mittels einer Schweißnaht 14 verbunden. Dabei ist der waagerechte Teil 15 des Bodens 12 unter dem Niveau der Sc".weißnaht 14 angeordnet. Auf die Außenoberfläche des Gefäßes 2 (F i g. 1 und F i g. 2) ist ein elektroisolierender Überzug 16 aufgetragen. Als elektroisolierender Überzug 16 wird ein polymerer alkalifester Überzug auf der Basis einer pulverförmigen Epoxydfarbe benutzt.

Der alkalische Akkumulator (F i g. 1 und 2) enthält einen Trog 17 aus Kunststoff. Der Boden 18 des Troges

17 (Fig. 2) hat eine ebene Form. Mit seinem unteren Teil ist das Gefäß 2 im Inneren des Troges 17 angeordnet.

Der waagerechte Teil 15 des Bodens 12 des Gefäßes 2 stützt sich auf den ihm entsprechenden Teil des Bodens

18 des Troges 17. Dadurch wird das Fehlen des

Kontaktes zwischen dem elektroisolierenden Überzug

16 auf der Schweißnaht 14 und dem Boden 18 des Troges 17 gewährleistet.

Zwischen der Außenoberflächc mit dem elektroisolierenden Überzug 16 des in dem Trog 17 angeordneten unteren Teils des Gefäßes 2 und der Innenoberfläche des Troges 17 ist der Hohlraum vorgesehen, der mit einem Flektroisolierstoff 19 aufgefüllt ist, der die Adhäsion zum elektroisolierenden Überzug 16 des

in Gefäßes 2 aufweist.

Als Elektroisolierstoff 19 wird eine Vergußmasse verwendet, die die obengenannte Eigenschaft besitzt.

Unter der Vergußmasse versteht man eine Mischung von organischen Stoffen, die die hohen elektroisolieren-

Ii den und feuchtigkeitsbeständigen Eigenschaften besitzen und zur Isolationsimprägnierung, zum Beschichten von Isolationsaufbauten und zum Eingießen von elektrotechnischen Einrichtungen verwendet werden.
Während des Zusammenbaus des alkalischen Akkumulators haftet der härtende Elektroisolationsstoff 19 an der AuBenoberfiäehe mit dem eiektroisoirereriueri Überzug 16 des in dem Trog 17 angeordneten unteren Teils des Gefäßes 2 und an der Innenoberfläche des Troges 17 dicht an. Gemäß einer anderen Ausführungs-

2"y Variante der Erfindung ist der Boden 18 des Troges 17 (F i g. 3) mit einem Ansatz 20 versehen.

Der Boden 12 des Gefäßes 2 ist mit der Umbördelung 13 ausgeführt und mit dem Gehäusemantel 11 (wie auch in der vorhergehenden Ausführungsvariante der vorlie-

jo genden Erfindung) mittels der Schweißnaht 14 verbunden. Dabei ist der waagerechte Teil 15 des Bodens 12 in gleicher Höhe mit der Schweißnaht 14 angeordnet.
Das Gefäß 2 mit seinem unteren Teil ist in dem Trog

17 aufgestellt. Der waagerechte Teil 15 des Bodens 12 J"> stützt sich auf den Ansatz 20 des Troges 17. Dadurch wird das Fehlen des Kontaktes zwischen dem elektroisolierenden Überzug 16 an der Schweißnaht 14 und des Bodens 18 des Troges 17 gewährleistet.

Zwischen der Außenoberfläche mit dem elektroisolierenden Überzug 16 des in dem Trog 17 angeordneten unteren Teils des Gefäßes 2 und der inneren Oberfläche des Troges 17 gibt es auch einen Hohlraum, der mit dem Elektroisolierstoff 19 aufgefüllt ist, der die Adhäsion zum elektroisolierenden Überzug 16 des Gefäßes 2 aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Gefäß 2 (F i g. 4) nahtlos gezogen ausgeführt. In diesem Falle ist ein Gehäusemantcl 11 als ein Ganzes mit dem Boden 12 ausgeführt.

so Wie auch in der vorhergehenden Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Boden 18 des Troges 17 mit dem Ansatz 20 versehen.

Mit seinem unteren Teil ist das Gefäß 2 in deii. Trog 17 angeordnet; dabei stützt sich der Boden 12 des Gefäßes 2 auf den Ansatz 20 des Troges 17. Dadurch fehlt der Kontakt zwischen dem isolierenden Überzug 16 in der Verbindungsstelle 21 des Gehäusemantels 11 des Gefäßes 2 mit seinem Boden 12 und dem Boden 18 des Troges 17.

Zwischen der Außenoberfläche mit dem elektroisolierenden Überzug 16 des Gefäßes 2 und der inneren Oberfläche des Troges 17 ist der Hohlraum vorgesehen, der mit dem Elektroisolierstoff 19 aufgefüllt ist, der die Adhäsion zum elektroisolierenden Überzug 16 des Gefäßes 2 besitzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Alkalischer Akkumulator mit einem metallischen Gefäß, das einen metallischen Boden aufweist, der mit dem Gefäß verbunden ist, und das Gefäß und der Boden einen elektroisolierenden Überzug auf der Außenoberfläche haben, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gefäß (2) mit seinem unteren Teil in einem Trog (17) aufgestellt ist und daß an den Verbindungsstellen (14, 21) des Gehäusemantels (11) mit dem Boden (12) ein Hohlraum ausgebildet ist, der mit einem Elektroisolierstoff (19) aufgefüllt ist, der eine Adhäsion zum elektroisolierenden Überzug (16) des metallischen Gefäßes (2) aufweist.

2. Alkalischer Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektroisolierungsstoff (19) eine Vergußmasse ist, die auf dem Polymerüberzug (16) haftet, wobei als elektroisolierender Überzug (16) ein polymerer alkalifester Überzug auf der Basis einer pulverförmigen Epoxydfarbe vorliegt.