DE3039809A1

DE3039809A1 - Galvanisches element

Info

Publication number: DE3039809A1
Application number: DE19803039809
Authority: DE
Inventors: Hans 6270 Idstein Sauer
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1980-10-22
Filing date: 1980-10-22
Publication date: 1982-05-19

Description

Galvanisches Element
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem wässrigen Elektrolyten in-einem dicht verschlossenen Gehäuse.
Beim Betrieb dicht verschlossener Zellen bildet ein Druckaufbau durch Gasentwicklung ein stets vorhandenes, nicht kontrollierbares Gefahrenmoment.
Die Ursachen der unerwünschten Gasentwicklung können mannigfaltig sein: Falschpolung durch Nichtbeachten der Polarität von einer oder mehreren Zellen in einer Serienschaltung, der Versuch einer Wiederaufladung von Primärzellen, Tiefentladung und anderes mehr. Der entstehende Druck im Zellgehäuse kann im Extremfall zu einer Explosion der Zelle führen.
Aus diesem Grunde werden solche Zellen oft mit Sollbruchstellen, d.h.
beabsichtigten Schwachstellen im Dichtungsbereich oder in der Gehäusewand hergestellt, welche bersten, sobald der Gasdruck eine bestimmte Toleranzgrenze überschreitet.
Eine bekannte Drucksicherung ist beispielsweise der US-PS 3 355 329 entnehmbar. Dort ist der Abschlußdeckel einer Rundzelle an seiner Unterseite mit einer elastischen Metallmembran gleichen Durchmessers durch ein Versiegelungsmaterial zwischen den gemeinsamen Rändern verklebt. Die Versiegelung bricht auf und gibt jeweils eine unter der Membran angestaute Gasmenge frei, sobald ein ausreichender Gasdruck die freie Mitte der Membran nach oben wölbt und sich ihr effektiver Durchmesser dabei verringert.
Das Gas entweicht durch eine Ventilöffnung im Abschlußdeckel nach draußen.
Linie andere Drucksicherung für c!inc Rundzelle besteht: gemäß gemäß tJS#PS 3 4141!, 690 in einer unter dem Abscklutdeckel aufgespannten Platzmellb#'an, welche bei hohem Gasdruck gegen die Spitze eines feststehenden Dorns aufgebläht# und von diesem zerstört wird. Das freigesetzte Gas und in den meisten Fällen auch der stets sehr aggressive Elektrolyt gelangt auch hier durch kleine Deckel öffnungen nach draußen.
Eine weitere bekannte Vorrichtung gemäß DE-GM 75 28 731 macht sich die kumulierte Wärmeausdehnung der Gehäuse eines Knopfzellenstapels in dessen Achsenrichtung zunutze, um einen elektrischen Kontakt zu öffnen und so einen gaserzeugenden Ladestrom zu unterbrechen, ehe der Gasdruck ein zulässiges Maß erreicht. hat.
Alle diese Maßnahmen sind mit dem Nachteil behaftet, daß nach einem eingetretenen-Notfall die betroffene Zelle durch Zerstörung bestimmter Einrichtungen ihre ursprüngliche Dichtheit verliert und dabei ihre Umgebung in Mitleidenschaft ziehen kann, oder daß, wie bei dem letztgenannten Beispiels, zur Stromunterbrechung eine externe Schalteinrichtung aufgewendet werden muß, die auf Größenänderungen der Zelle anspricht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein dicht verschlossenes galvanisches Element eine Vorkehrung gegen die Gefahr eines übermäßigen inneren Gasdrucks zu treffen, die möglichst einfach ist und bei der nach einem Inkrafttreten die Zelle selbst keine Beschädigung erleidet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Abschlußdeckel und dem Elektrodenableiter eine von konkaver zu konvexer Wölbung umklappbare Tellerfeder so eingespannt ist, daß bei konkaver Wölbung zum Abschlußdeckel ein elektronischer Kontakt zwischen diesem und dem Elektrodenableiter hergestellt ist, und daß bei konvexer Wölbung zum Abschlußdeckel der elektronische Kontakt zwischen diesem und dem Elektrodenableiter unterbrochen ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahme liegt demnach darin, daß im Gefahrenfall durch Stromunterbrechung die eigentliche Ursache der Gasentwicklung abgestellt wird und daß die Abschaltung nicht von außen, sondern zellintern und ohne Zerstörung irgendeines für den Betrieb wichtigen Bauelements geschieht.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der Figuren -l bis 4 erläutert.
Figur 1 zeigt das Oberteil einer dicht verschlossenen Rundzelle mit der Vorrichtung bei geschlossenem Kontakt.
Figur 2 zeigt das gleiche Oberteil im Zustand der Kontaktunterbrechung.
Figur 3 zeigt das Unterteil der gleichen Zelle wie in Figur 1, 2 mit einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 4 zeigt das gleiche Unterteil im Zustand der Kontaktunterbrechung.
Gemäß den Figuren 1 und 2 setzt sich die Rundzelle zusammen aus einem äußeren Blechmantel 1, der durch eine Isolierung 2 von einem Metallbecher 3 als Behälter und Ableiter für die positive Elektrode 4 getrennt ist, einem Abschlußdeckel 5 als Pluspol, der durch eine Isolierscheibe 6 vom Boden 7 des Bechers 3 getrennt ist, einer negativen Elektrode 8, einem Separator 9 und einer im Abschlußdeckel 5 angeordneten Tellerfeder 10.
Die Tellerfeder 10 ist in Figur 1 dem Abschlußdeckel 5 mit ihrer konkaven Seite zugekehrt und kontaktiert diesen entlang einer zentrisch umlaufenden Profilierung, z.B. einer Sicke 11 oder auch einer Stufe-, während sie mit der konvexen Seite den Boden 7 des Bechers 3 kontaktiert, welcher in seinem zentralen Bereich 12 durch eine entsprechende A(lssp.ru!g der Isoliersche-ibe 6 freiliegt. Es besteht damit zwischen dem Becher 3 und dem Abschlußdeckel 5 der zur Stromlieferung notwendige elektronische Kontakt. Dieser wird nun unterbrochen, indem man die membranartige Auswölbung des dünnen Becherbodens 7 bei starkem Druckanstieg im Becher 3, wie in Figur 2 gezeigt, dazu benutzt, die Tellerfeder 10 flach zu drücken und schließlich zur entgegengesetzten Wölbung - mit der konvexen Seite zum Abschlußdeckel -umklappen zu lassen. In dieser Stellung ist kein elektrenischer Kontakt zwischen Tellerfeder 10 und Becherboden 7 mehr vorhanden, der gaserzeugende Stromfluß somit unterbrochen.
Kleine Luftlöcher 14 im Abschlußdeckel 5 sind eine Sicherheitsmaßnahme Ur den Fall, daß etwaige Undichtigkeiten im Becherboden 7 (gleiches gilt für die Dichtungsplatte 15 in Figur 3 und 4) einen Gasdurchtritt zur Folge haben. Das Fehlen einer Auslaßöffnung im Deckel müßte dann zur Entstehung eines Gaspolsters über der Tellerfeder 10 führen, welches ein funktionsgerechtes Umklappen derselben infrage stellen könnte.
In den Figuren 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestel#lt, die-sich anbietet, wenn statt des Pluspols der Minuspol als Ort der Kontaktunterbrechung vorgesehen ist. Die Tellerfeder 10 kontaktiert in diesem Falle gemaß Figur 3 den Abschlußdeckel und den Metallstift 13 als-Ableiter für die negative Elektrode 8. An die Stelle des Becherbodens 7 mit der Isolierscheibe 6 im Oberteil der Zelle tritt hier die auswölbbare Dichtungsplatte 14 mit dem zentral hindurchgeführten Metallstift 13 als wichtiges Funktionselement. Der Mechanismus der Kontaktunterbrechung entspricht im übrigen ganz dem oben dargelegten Prinzip. Die Auswölbung der Dichtungsplatte 15 gemäß Figur 4 durch übermäßigen Gasdruck läßt die Tellerfeder 10 umklappen, womit der elektronische Kontakt zwischen dieser und dem Metallstift 13 aufgehoben ist.
Als wichtiger Vorteil der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit5 das Fehlverhalten einer dicht verschlossenen Zelle schon im Anfangsstadium des Betriebes zu erkennen und sie - gegebenenfalls aus einem größeren Zellenverbund - zu entfernen, ohne daß vorher durch beschädigte Zellenwände Gasnebel oder Elektrolyt in die Umgebung gelangt sind.
-Die erfindungsgemäße Abschaltvorrichtung kann konstruktiv so ausgelegt werden, daß sie schon bei viel geringeren Drucken anspricht, als sie zum Aufbrechen einer Sollbruchstelle oder Berstiebran notwendig sind. Dort geht mit der Ausbildung höherer Drucke oft eine Längsausdehnung der Zelle einher, und die Zerstörung der Sicherheitseinrichtungen erfolgt mit ungewünschter Brisanz.

Claims

Patentansprüche Galvanisches 1). Galvanisches Element mit einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem wässrigen Elektrolyten in einem dicht verschlossenen Gehäuse, bei welchem einer der beiden Elektrodenableiter durch eine elastische Scheibe oder Dichtungsplatte gegen den Rand des Abschlußdeckels elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abschlußdeckel (5) und dem Elektrodenableiter (3, 13) eine von konkaver zu konvexer Wölbung umklappbare Tellerfeder (10) soeingespannt ist, daß bei konkaver Wölbung zum Abschlußdeckel (5) ein elektronischer Kontakt zwischen diesem und dem Elektrodenableiter (3, 13) hergestellt ist, und daß bei konvexer Wölbung zum Abschlußdeckel (5) der- elektronische Kontakt zwischen diesem und dem Elektrodenableiter (3, 13) unterbrochen ist.
2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne#t, daß der Elektrodenableiter ein gegen das Zellengehäuse elektr-isch isolierter Becher (3) ist, dessen auswölbbarer Boden (7) der elastischen Dichtung anliegt.
3. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Scheibe eine Isolierscheibe (6) mit einer zentralen Ausnehmung (12) ist.
4. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenableiter ein Metallstift (13) ist, und daß die elastische Scheibe als auswölbbare Dichtungsplatte (15) ausgebildet ist, durch welche der Metallstift (13) zentral hirdurchgeführt ist.
5. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Abschlußdeckel (5) eine zentrisch umlaufende Profilierung vorgesehen ist, an welcher die Tellerfeder (10) sowohl im konkav als auch im konvex-gegen den Abschlußdeckel (5) gewölbten Zustand anliegt.
6. Galvanisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung eine Sicke (11) oder eine Stufe ist.