DE3206607A1

DE3206607A1 - Hermetisch geschlossene batterie mit sicherheitsvorrichtung zum verhindern einer explosion

Info

Publication number: DE3206607A1
Application number: DE19823206607
Authority: DE
Inventors: Svend Aage 2880 Bagsvard Jensen
Original assignee: Hellesens AS
Current assignee: Hellesens AS
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1982-02-24
Publication date: 1982-09-16
Also published as: FR2501416A1; IL65084A0; DE3206607C2; JPS57176664A; GB2094055B; FR2501416B1; IL65084A; DK95481A; GB2094055A

Description

A/S Heilesen, Telefonvej 6,

Hermetisch geschlossene Batterie mit Sicherheitsvorrichtung^

Die Erfindung betrifft eine hermetisch geschlossene Batterie mit einem, die stromerzeugenden Bestandteile der Batterie enthaltenden, Metallbehälter, der mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern einer Explosion desselben versehen ist.

Hermetisch geschlossene Batterien dieser Art sind typisch die sogenannten Lithiumbatterien, die metallisches Lithium als Anodenmaterial und z.B. Thionylchlorid als Elektrolyt enthalten. Mit "hermetisch geschlossen" wird daher in vorliegender Beschreibung nicht nur gemeint, daß der Behälter völlig dicht ist, sondern daß die Batterie des Typs ist, die zerstört wird, wenn der Inhalt mit der Umgebung in Kon-' takt kommt, und die nicht wieder zum Fungieren gebracht werden kann, obwohl der Behälter nach einem Öffnen wieder geschlossen wird. Der Behälter für solche Batterien ist oft aus verhältnismäßig dickem Plattenmaterial aus verschiedenen Stahllegierungen zusammengeschweißt und derart konstruiert, daß er einen erheblichen Innendruck verträgt, z.B. bis auf 10 Atmosphären, Solche Batterien können jedoch explodieren, wenn eine zu große Innendrucksteigerung geschieht, die auf ein Erhitzen zurückzuführen ist, das z.B. ein äußeres

Erhitzen infolge eines Feuers oder ein inneres Erhitzen infolge eines Kurzschlusses sein kann, weil Batterien dieses Typs einen hohen Kurschlußstrom aufweisen. Sie müssen daher mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern einer Explosion versehen sein.

Die bisherigen Sicherheitsvorrichtungen sind in Form von Sicherheitsventilen gewesen, die in der Behälterwand eingebaut sind, z.B. ein pfropfenartiger Einsatz aus Glas oder einem anderen korrosionsbeständigen Material, der bei einer bestimmten Temperatur oder einem bestimmten Druck herausgeschoben wird, oder eine Schwächung der Behälterwand. Diese bekannten Lösungen des Problems weisen aber wesentliche Nachteile auf, teils herstellungsmäßiger Art, da sie teuer und kompliziert sind und teils funktionsmäßiger Art, da sie nicht betriebssicher wirken.

Bei Betriebssicherheit wird hier vor allem daran gedacht, daß die Ventile nicht zu früh öffnen, mit der Gefahr, daß Menschen und Geräte durch den entleerten sehr ätzenden und giftigen Inhalt beschädigt werden, sondern nur in Katastrophesituationen, wo eine Explosion sonst das Ergebnis ist.

Eine Betriebssicherheit in dieser Beziehung ist sehr schwierig zu erreichen, weil hermetisch geschlossene Batterien derart konstruiert sind, daß sie sehr lange, z.B. 10 bis 20 Jahre, halten, und durch diese lange Zeit kann eine Korrosion von Innen geschehen, so daß ein Ventil hinausgeschossen wird, oder eine Schwächung der Behälterwand bei einem niedrigeren Druck als beabsichtigt, bricht.

Andere Nachteile bei den bekannten Sicherheitsvorrichtungen sind, daß sie schwierig herzustellen sind, so daß sie bei einem ganz bestimmten im voraus gewünschten Druck wirken, und so daß sie den schädlichen Inhalt des Behälters nicht sehr zerstreuen. Sie geben nämlich ein plötzliches öffnen der ganzen Ventilöffnung mit einem darauf-

folgenden Zerstreuen des Behälterinhaltes, so daß man sagen kann, daß der einzige Explosionsnachteil, den sie beseitigen, Schäden infolge Splitter ist.

Die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung beseitigt die Nachteile der bekannten Batterien, da sie dadurch gekennzeichnet ist, daß außen am Behälter eine spitze Einrichtung in kurzem Abstand vom Behälter derart montiert ist, daß ihre Spitze einer Fläche des Behälters zukehrt, die ausbeult, wenn der Innendruck im Behälter wächst, und die den Behälter durch dieses Ausbeulen punktiert.

Diese Sicherheitsvorrichtung wirkt durch Punktieren des Metallbehälters, wenn dieser Behälter sich infolge eines Innendruckes so viel ausgedehnt hat, daß die spitze Einrichtung durch die Behälterwand gedrungen ist. Hierdurch werden Kompliziertheiten der Behälterherstellung vermieden, die Vorrichtung kann zum Wirken bei einem bestimmten Druck durch Regulieren des Spitzenabstandes von der Behälterwand eingestellt werden, und das Entleeren des Behälterinhaltes, das beim Durchdringen der Spitze durch die Behälterwand geschieht, wird nicht so explosionsartig als beim öffnen einer Ventilöffnung, da die spitze Einrichtung in der gebildeten Öffnung stecken bleibt und diese Öffnung ganz allmählich vergrößert.

Die Fläche der Behälterwand, gegenüber der die spitze Einrichtung anzubringen ist, hängt von der Behälterform ab. Wenn der Metallbehälter überall die gleiche Materialstärke aufweist, sind die Seitenflächen einer flachen Batterie die ausbeulenden Flächen, wenn der Innendruck steigt, und in einer zylindrischen Batterie sind die Stirnflächen die ausbeulenden Flächen. Die spitze Einrichtung muß vorzugsweise derart montiert sein, daß es allein die Bewegungsstrecke der ausgebeulten Fläche beim Ausdehnen der Batterie ist, die den Abstand zwischen der Fläche und der spitzen Einrichtung bestimmt. Die spitze Einrichtung ist daher zweckmäßig an Stellen am Behälter befestigt, die

sich bei der Ausdehnung des Behälters nicht bewegen, z.B. an Rändern, die Übergangsstellen zwischen ausbeulenden und nicht ausbeulenden Flächen sind.

Gemäß der Erfindung ist die spitze Einrichtung zweckmäßig auf einer Brücke montiert, die an zwei Stellen, eine an jedem Ende der Brücke, des Metallbehälters befestigt ist, und die sich über die ganze Fläche erstreckt, die ausbeult, wenn der Innendruck im Behälter wächst. Dies gewährleistet ein sehr sicheres Festhalten der spitzen Einrichtung in der gewünschten Stelle, und gleichzeitig wirkt die Brücke als ein Schild, der, wenn das Punktieren des Behälters geschieht, verhindert, daß die entleerten Flüssigkeiten in den umgebenden Raum zerstreut werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Batterie gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die spitze Einrichtung an einem Bügel montiert ist, der am Rand der Fläche befestigt ist, die ausbeult, wenn der Innendruck im Behälter wächst, und der sich über die ausgebeulte Fläche derart erstreckt, daß die spitze Einrichtung außerhalb eines Abschnittes dieser Fläche vorgesehen ist, die eine große Bewegungsstrecke im Falle eines Ausbeulens aufweist. Dieses Ausführungsbeispiel ist von der Herstellungssicht aus gesehen vorteilhaft, da die Einrichtung sich leicht am Behälter vor dessen Schließen befestigen läßt, so daß keine Schweißen am geschlossenen, gefüllten Behälter notwendig sind.

Gemäß der Erfindung ist die spitze Einrichtung zweckmäßig eine zugespitzte Schraube, die sich durch eine Mutter erstreckt. Mit diesem Ausführungsbeispiel kann man leicht den Spitzenabstand von der Fläche des Behälters, die ausbeult, einstellen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 das gleiche Ausführungsbeispiel einer zylindrischen Batterie, gesehen in zwei aufeinander rechtwinkligen senkrechten Schnitten,

Fig. 3 eine Draufsicht des Ausfuhrungsbeispieles in Fig. und 2, und

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel des oberen Ende einer Batterie.

In Fig. 1, 2 und 3 ist 1 ein Metallbecher und 2 ein Deckel, der durch ein Schweißen 3 am Becher befestigt ist, so daß die beiden Teile zusammen einen hermetisch geschlossenen Metallbehälter bilden. Im Deckel 2 ist ein Stromabnehmer 5 vorgesehen, der vom Deckel durch ein Isoliermaterial 6, z.B. eine Glasperle, isoliert ist. An zwei diametral gegenüberstehenden Rändern des Ende des Behälters ist eine Brücke 7 befestigt, in der eine Mutter 8 eingesetzt ist. Durch die Mutter 8 erstreckt sich eine zugespitzte Schraube 9, deren spitzes Ende in einem gewünschten Abstand vom Deckel 2 einstellbar ist. Wenn der Deckel 2 infolge eines Innendruckes in der Batterie ausbeult, d.h. nach oben, trifft er die Spitze der Schraube 9, und bei einem weiteren Ausbeulen dringt das spitze Ende der Schraube durch den Deckel und punktiert den Behälter, so daß dessen Inhalt hinausgepreßt wird. Die sich über die ganze Stirnfläche der Batterie erstreckende Brücke 7 bildet einen Schild, der ein zu starkes Zerstreuen des Inhaltes verhindert.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Außenende der Schraube 9 eine weitere Mutter 10 vorgesehen, die zum Befestigen einer Leitung 11 benutzt werden kann, so daß die Sicherheitsvorrichtung als der zweite Stromabnehmer der Batterie ausnutzbar ist.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Ende einer Batterie. Hier erstreckt sich der Stromabnehmer

-.- : —.:„ '..^:.:l 320660?

5 durch einen besonderen Abschnitt 12 des Deckels, der durch ein Schweißen 4 am übrigen Teil des Deckels befestigt ist. Ein solches Ausführungsbeispiel kann in einigen Fällen zweckmäßig sein, weil es schwierig sein kann, ein isoliermaterial 6 zu finden, das mit dem gewöhnlichst angewendeten Behältermaterial, rostfreier Stahl, vereinbar ist. Der besondere Abschnitt 12 kann dann aus einer anderen Metallegierung sein, die eine größere Sicherheit für ein haltbares Anschließen an das Isoliermaterial 6 gewährleistet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die spitze Einrichtung, hier die Schraube 9, derart montiert, daß sie beim Ausbeulen des Deckels durch diesen besonderen Abschnitt dringt. Dies ist vorteilhaft, da für diesen besonderen Abschnitt ein teureres Material als rostfreier Stahl gewählt werden kann, ohne daß die Batterie dabei sehr verteuert wird, und also ein Material, das von der spitzen Einrichtung leichter durchbohrt wird. Der besondere Abschnitt 12 kann ggf. eine kleinere Stärke aufweisen als der übrige Teil des Deckels.

^In diesem Ausführungsbeispiel kann die Sicherheitsvorrichtung auch zweckmäßig eine spitze Einrichtung sein, die in einem Bügel montiert ist, der an einer einzelnen Stelle im Rand des Deckels 2 befestigt ist, und die sich über die Mitte des Deckels hinein erstreckt, so daß die spitze Einrichtung sich über dem besonderen Abschnitt 12 befindet. Dieser Abschnitt weist die größte Bewegungsstrecke im Falle eines Ausbeulens auf, während der Rand des Deckels 2 keine große Bewegungsstrecke aufweist. Hierdurch kann die Sicherheitsvorrichtung am Deckel 2 befestigt werden, bevor diese in den Behälter gesetzt wird, und der Behälter gefüllt wird, da das Füllen durch die im Stromabnehmer 5 vorgesehene öffnung geschieht.

Leerseite

Claims

Patentansprüche:

Hermetisch geschlossene Batterie mit einem, die stromerzeugenden Bestandteile der Batterie enthaltenden, Metallbehälter, der mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern einer Explosion desselben versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß außen am Behälter eine spitze Einrichtung in kurzem Abstand vom Behälter derart montiert ist, daß ihre Spitze einer Fläche des Behälters zukehrt, die ausbeult, wenn der Innendruck im Behälter wächst, und die den Behälter durch dieses Ausbeulen punktiert.
2. Hermetisch geschlossene Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die spitze Einrichtung auf einer Brücke montiert ist, die an zwei Stellen, eine an jedem Ende der Brücke, des Metallbehälters befestigt ist, und die sich über die ganze Fläche erstreckt, die ausbeult, wenn der Innendruck im Behälter wächst,
3. Hermetisch geschlossene Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die spitze Einrichtung an einem Bügel montiert ist, der am Rand der Fläche befestigt ist, die ausbeult, wenn der Innen-

•~ 2 —

druck im Eehälter wächst, und der sich über die ausgebeulte Fläche derart erstreckt, da3 die spitze Einrichtung außerhalb eines Abschnittes dieser Fläche vorgesehen ist, die eine große Bewegungsstrecke im Falle eines Ausbeulens aufweist.
4. Hermetisch geschlossene Batterie nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die spitze Einrichtung eine zugespitzte Schraube ist, die sich durch eine Mutter erstreckt.