DE3209765A1 - Blei/saeure-batterie - Google Patents

Description

TISCHER · KERN³&BREHM

Albort-Rosshaupter-Strasae 65 D 8000 München 70 · Telefon (089) 7605520 · Telex 05-212284 patsd · Telegramme Kernpatent München

GOULD INC., 17. März 1982

Gould Center, GD-60

Rolling Meadows, Illinois 60008,
U. S. A.

Blei/Säure-Batterie

Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft Batterien, Akkumulatoren und dgl.; insbesondere betrifft die Erfindung Blei/Säure-Batterien, die durch ein hohes Verhältnis der Anlaß- oder Startenergie zum Batteriegewicht und zum Batterievolumen gekennzeichnet sind.

In den letzten Jahren waren auf dem Gebiet der Blei/Säure-Batterien, insbesondere für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungsund Zündbatterie für Kraftfahrzeuge eine Anzahl von Entwicklungen zu verzeichnen. Vielleicht die bedeutendste dieser Entwicklungen betrifft die wartungsfreie Batterie. Im

Idealfall erlaubt dieser Batterietyp die Benutzung über die erwartete Lebensdauer ohne die Notwendigkeit irgendwelcher Wartungsmaßnahmen, beispielsweise der Zugabe von Wasser und dgl.. Die Beliebtheit der wartungsfreien Batterie für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge ist heutzutage weit verbreitet.

Trotzdem sieht sich die Batterieindustrie fortlaufend mit offensichtlich weiter steigenden Anforderungen konfrontiert. Die Kraftfahrzeughersteller sehen sich einem erheblichen Druck >«*- nach leistungsfähigeren Produkten ausgesetzt, die beispielsweise einen geringeren Kraftstoffverbrauch pro bestimmter Anzahl gefahrener km gewährleisten. Diese Forderung hat wiederum dazu geführt, das Gesamtgewicht der Kraftfahrzeuge soweit wie möglich zu verringern. In diesem Zusammenhang werden Batterien mit geringerem Gewicht gefordert, um zu dieser allgemeinen Gewichtsverringerung beizutragen. In gleicher Weise gibt es Bestrebungen nach kleineren Abmessungen,einfach im Hinblick auf den unter der Motorhaube zur Verfügung stehenden Raum.

Zur gleichen Zeit hat die Anzahl der sog. Mittelklassewagen und der noch kleineren Kraftfahrzeuge mit Motoren geringeren Hubraums ganz erheblich zugenommen. Obwohl die für solche *"' kleineren Kraftfahrzeuge geforderten Batterien kleiner sein können, werden an deren Leistungsfähigkeit höhere Anforderungen gestellt. So erlaubt es beispielsweise die Halbierung eines Hubraumvolumens von 5 bis 6 1 nicht, die Anforderungen an die Batterie in gleichem Ausmaß zu verringern. Die zum Starten eines solchen kleineren Motors benötigte Energie beträgt beispielsweise weit mehr, als die Hälfte der notwendigen Anlaß- oder Startenergie einer 5 bis 6 1 Maschine. Darüberhinaus benötigen 4-Zylinder-Motoren eine erheblich höhere Startergeschwindigkeit, um den Motor in Gang zu setzen. Tatsächlich benötigen einige 4-Zylinder-Motoren das 1,5- bis 3-fache der Startergeschwindigkeit von V-8-Motoren.

Die zunehmende Beliebtheit der von Diesel-Motoren angetriebenen Kraftfahrzeuge hat ebenfalls zur Forderung nach leistungsstärkeren Batterien beigetragen. Dieser Motorentyp benötigt zum Start eine größere Energie, als ein Benzinmotor vergleichbarer Größe. Demzufolge ist es nicht unüblich, daß ein von einem Dieselmotor angetriebenes Kraftfahrzeug mit zwei parallel geschalteten Batterien ausgerüstet ist, oder eine außerordentlich große Batterie verwendet, die nahezu die Abmessungen einer Lastwagenbatterie erreicht.

Diese und weitere Überlegungen haben an die Batteriehersteller die Forderung nach der Bereitstellung einer Batterie mit deutlich verbesserter Leistungsfähigkeit gerichtet. Dieser Wunsch ist in der Zwischenzeit auf erhebliche Beachtung gestoßen.

Davon ausgehend sind erhebliche Anstrengungen zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der z.Zt. vorhandenen Batterien darauf gerichtet worden, einzelne Batteriekomponenten zu verbessern. Ein Beispiel dieser verschiedenen Bemühungen betrifft die Verbesserung des Gitteraufbaues. Typische beispielhafte Vorschläge dieser Art sind in den US-Patentschriften 4 118 553, 4 221 und 4 221 854 enthalten. Obwohl diese neuen Gitterkonstruktionen einige Verbesserungen bringen können, sind die.mit solchen Gittern ausgerüsteten Batterien immer noch weit davon entfernt, die stark gestiegenen Forderungen zu erfüllen, denen sich die Batteriehersteller konfrontiert sehen.

Ein anderer Versuch zur Verringerung des Batteriegewichtes sieht die Anwendung einer Anzahl von Rahmen vor, von denen jeder in eine Anzahl von, Seite an Seite angeordneter Tragebereiche für das negative und positive Pastenmaterial unterteilt ist. Diese Rahmen werden zusammengebaut und aneinander befestigt, um einen Elektrodenstapel zu ergeben, wobei die

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Außenumfangsabschnitte der Rahmen auch die Oberseite,den Boden und die beiden gegenüberliegenden Seitenwände der Batterie bilden; die Unterteilungen in den Rahmen selbst dienen als Zellentrennwände.Jeder Rahmen wird mit dem pastenförmigen Aktivmaterial versehen, um die Elektrodenplatten zu erhalten; hierbei weisen benachbarte Platten in jedem Rahmen entgegengesetzte Polarität auf, und benachbarte Platten in benachbarten Rahmen weisen ebenfalls entgegengesetzte Polarität auf. Dieser Vorschlag für einen Batterieaufbau ist beispielsweise der US-Patentschrift 4 022 951 (McDowall) zu entnehmen.

Für diesen Batterieaufbau wird angegeben, daß er das Batteriegewicht und die Batteriegröße erheblich zu verringern vermag, sowie die Erzeugung von Zellenbrücken im Verlauf des Zusammenbaus beseitigt, wobei die Abdichtprobleme und die sonstigen Anforderungen in Verbindung mit einem getrennten Batteriegehäuse vermieden sein sollen.

Dieser Typ eines Batterieaufbaus ist jedoch für die üblichen Verfahren zum Batteriezusammenbau nicht zugänglich. Das Aufgreifen dieses Vorschlages würde daher neue und andersgestaltete Zusammenbau-Ausrüstungen erfordern, was sowohl erheblichen Kapitalbedarf für neue Anlagen wie neue Anforderungen hinsichtlich der Qualitätskontrolle mit sich bringen würde. Darüberhinaus wäre es vermutlich schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die Kombination aus positiven und negativen Gittern aus unterschiedlichen Legierungen herzustellen. In der Fachwelt ist jedoch bekannt, daß für wartungsfreie Batterien häufig die Anwendung von sog. Hybrid-Gittern wünschenswert ist; für einige Bereiche ist deren Anwendung sogar obligatorisch. Darüberhinaus bereitet ein gemeinsamer, das positive und das negative Gitter vereinigender Aufbau erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich des maschinellen Auftrags der pastenförmigen Aktivmaterialien auf solchen Gittern, sofern getrennte Pasten-Zusammen-

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Setzungen für die positiven und die negativen Platten vorgesehen werden, wie das zumeist übliche Praxis ist. Darüberhinaus scheint es außerordentlich schwierig zu sein, eine zufriedenstellende/ elektrolytdichte Abdichtung über die gesamte Batterie-Lebensdauer zu gewährleisten, da die Fläche der untereinander durch eine Heiß-Verschweißung zu verbindenden Rahmen erheblich ist, und darüberhinaus eine Anzahl Verbindungen und Brücken zwischen den einzelnen Zellen erzeugt werden muß. Das heißt, bei diesem Konstruktionsvorschlag muß etwa der 25- bis 50-fache Flächenbereich heiß verschweißt werden, der bei einem üblichen Batterieaufbau in Verbindung mit dem mit einem Deckel verschlossenen Behälter auftritt. Bislang ist kein Batteriehersteller in der Lage gewesen, im industriellen Maßstab diese Zuverlässigkeit zu demonstrieren, die eine Heißverschweißung in dieser Größenordnung erfordern würde.

Dieser von McDowall gemachte Vorschlag einer Kombination des positiven und negativen Plattenaufbaus ist repräsentativ für den Ansatz, die Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen durch den gemeinsamen Plattenträger in einer Zelle zu erzeugen, welcher sich durch die Zellentrennwand hindurch erstreckt und als Trage- bzw. Halteelement einer Platte von entgegengesetzter Polarität in einer benachbarten Zelle dient. Alle diese Vorschläge und Ansätze erfordern relativ aufwendige und komplexe Zusammenbaumaßnahmen, wenn man an eine Herstellung im industriellen Maßstab denkt.

Darüberhinaus beschäftigen sich zahlreiche Patente und Referate auf dem Fachgebiet der Batterien mit einer Vielzahl von Vorschlägen und Theorien zur Gewährleistung verbesserter Batterieleistungen durch Verringerung des Innenwiderstandes. Trotz aller dieser früheren, erheblichen Anstrengungen besteht weiterhin ein Bedarf nach einer relativ leichten Batterie mit geringem Volumen, die unter industriellen Herstellungsbedingun-

gen zuverlässig herstellbar ist und trotzdem die erheblich gestiegenen Leistungsanforderungen gewährleistet. Oder, anders ausgedrückt, es besteht weiterhin ein Bedarf an einer Batterie, die zuverlässig in hoher Stückzahl herstellbar ist, und die einen hohen Wert für das Verhältnis von Anlaß- oder Start-Energie zu Batteriegewicht und/oder Batterievolumen aufweist, beispielsweise die erforderliche Startenergie für Kraftfahrzeuge, während gleichzeitig die weiteren notwendigen Eigenschaften gewährleistet werden, wie sie für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge gefordert werden, und welche Batterie darüberhinaus eine akzeptable Lebensdauer aufweist.

Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Batterie bereitzustellen, die durch einen, überlegenen Wert der entnehmbaren Energie pro Einheit des Batteriegewichtes und/oder des Batterievolumens gekennzeichnet ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Batterie bereitzustellen, welche für die industrielle Fertigung mit hoher Stückzahl geeignet ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine derartige Batterie anzugeben, zu deren Fertigung viele der üblicherweise verwendeten Batteriezusammenbaumaßnahmen und -ausrüstungen brauchbar sind. In diesem Zusammenhang besteht ein besonderes Ziel darin, eine solche Batterie anzugeben, welche für übliche Batteriebehälter der üblichen Konstruktion mit den üblichen Außenabmessungen geeignet ist. Ein weiteres und damit zusammenhängendes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Blei/ Säure-Batterie anzugeben, die mit den üblicherweise vorgesehenen Maßnahmen zum Auftrag des pastenförmigen Aktivmaterials auskommt, und welche die üblichen Separatormaterialien benützt.

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Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Batterie anzugeben, die einen sicher und zuverlässig Elektrolyt-dicht abgedichteten Aufbau aufweist.

Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Batterie anzugeben, bei welcher sämtliche. Elemente einer einzelnen Zelle, also die positiven Elektrodenplatten, die negativen Elektroden zusammen mit dem dazwischen angeordneten Separator - diese Kombination wird nachstehend kurz als "Elektrodenstapel" bezeichnet -, als eine einzige Einheit in den Batteriebehälter eingesetzt werden können.

Schließlich besteht ein weiteres Ziel der Erfindung darin, eine Batterie bereitzustellen, für welche ein Hybrid-Gitter-Legierungsaufbau vorgesehen werden kann, welcher es erlaubt, optimale Gitterlegierungen für die positiven und negativen Elektroden vorzusehen.

Weitere Aufgaben, Ziele, Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Die letzteren zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine

erfindungsgemäße Batterie, wobei eine Endwand teilweise weggebrochen ist, um die Verbindung in der End- bzw. Anschlußzelle zu einer Batterieanschlußklemme und die Zellenbrücken zu zeigen;

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Batterie mit teilweise weggebrochener Batteriewand zur weiteren Erläuterung der Zellenbrücken;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Batterie mit teilweise weggebrochener Oberseite zur Erläuterung der Anordnung des Separators, der Elektrodenstapel und der Zellenbrücken;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Schnittes längs der Linie 4-4 aus Fig. 3 zur weiteren Erläuterung von Konstruktionsmerkmalen;

Fig. 5 in einer schematischen Darstellung ein zur

Herstellung der Elektrodenplatten geeignetes Gitter; und

Fig. 6 in einer schematischen Darstellung ein zur Herstellung einer alternativen Ausführungsform geeignetes Gitter.

Obwohl die Erfindung nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert wird, soll in der Bezugnanme auf diese bevorzugten Ausführungsformen keinerlei Beschränkung des Umfangs der Erfindung liegen. Im Gegenteil ist beabsichtigt, auch alle solchen Alternativen, Modifizierungen und Abänderungen der im einzelnen beschriebenen Ausführungsformcn zu erfassen, soweit sie sich unter den Umfang der Patentansprüche und deren Äquivalente subsummieren lassen. So wird etwa die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge beschrieben; hierbei ist jedoch zu beachten, daß die Erfindung in gleicher Weise für irgendwelche anderen Blei/Säure-Batterie-Anwendungen brauchbar ist. Tatsächlich ist die vorliegende Erfindung anstatt der nachstehend beschriebenen Batterie mit beweglichem Elektrolyt auch an einen solchen Batterietyp anpaßbar, der einen absorbierten Elektrolyten aufweist. Der Einsatz der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft für solche Anwendungen, wo ein relativ hoher Spitzenstrom pro Einheit des Batteriegewichtes und/oder des Batterievolumens gefordert wird.

In allgemeiner Hinsicht beruht die vorliegende Erfindung auf der Feststellung, daß eine einzigartige Kombination physikalischer Parameter, wie sie nachstehend noch im einzelnen er-

läutert werden, zu einer Blei/Säure-Batterie führt, die außerordentlich hohe Energie-Kenndaten pro Einheit des Batteriegewichtes und/oder des Batterievolumens aufweist. Diese Kenndaten sind höchst vorteilhaft für eine Anlaß- oder Starterbatterie für Kraftfahrzeuge.

Diese Verbesserung der Batterieleistung kann quantitativ anhand des Spitzenstromes pro Einheit des Batteriegewichten und/ oder des Batterievolumens angegeben werden. Spitzenstrom ist entsprechend der Publikation Nr. 660029 vom 10. bis 14. Januar 1966 der Society of Automotive Engineers (SAE) definiert; diese auf Kruger und Barrick zurückgehende Publikation trägt den Titel "Battery Ratings" (sinngemäß: Batteriebewertungen). Dieser Parameter stellt ein Maß zur Bestimmung der maximalen Anlaß- oder Startenergie dar, die eine Batterie zum Starten eines Kraftfahrzeuges abzugeben vermag. Die Leistungsfähigkeit erfindungsgemäßer Batterien ist gekennzeichnet durch einen - an optimalen Ausführungen bestimmten - Spitzenstrom, gemessen bei -18 C von wenigstens ungefähr 440 Watt/kg (200 watts/pound) des Batteriegesamtgewichtes oder von wenig-

stens ungefähr 0,9 Watt/cm (15 watts/cubic inch) des Batteriegesamtvolumens, vorzugsweise von wenigstens ungefähr 495 bis 517 Watt/kg (225 to 235 watts/pound) oder mehr und von ungefähr 1,04 bis 1,22 Watt/cm (17 to 20 watts/cubic inch). Bezogen auf das wirksame Volumen der Batterie (d.h. bezogen auf das Innenvolumen abzüglich des Kopfraumes oberhalb des Elektrolytpegels) vermögen erfindungsgemäße Batterien einen Spitzenstrom von wenigstens ungefäh
per cubic inch) oder dgl. abzugeben.

Spitzenstrom von wenigstens ungefähr 1,83 Watt/cm (30 watts

Die erfindungsgemäßen Blei/Säure-Batterien zeichnen sich durch außerordentlich niedrige Widerstands/Gewichts-Äquivalente aus; dieser Wert stellt das Produkt aus dem mittleren Innenwiderstand einer Zelle der Batterie, multipliziert mit dem Gesamtgewicht der Helle dar. Dieser Wert wird erhalten,

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indem man den gesamten Innenwiderstand der Batterie durch die Anzahl der Zellen teilt und den erhaltenen Wert mit dem Gesamtgewicht der Batterie, geteilt durch die Anzahl der Zellen, multipliziert. Bei -18 C wurden für optimale Ausführungsformen erfindungsgemäßer Batterien Widerstands/Gewichts-Äquivalente von ungefähr 10,12 milliOhm · kg oder weniger (4,6 milliOhm-pounds), vorzugsweise weniger als ungefähr 9,02 milliOhm · kg (4,1 milliOhm-pounds) und noch weiter bevorzugt weniger als ungefähr 8,58 milliOhm · kg (3,9 milliOhm-pounds) gemessen.

Unter "optimalen Ausführungsformen" gemäß obigen Angaben wird dabei verstanden, daß die Zellenelemente im wesentlichen das gesamte Zelleninnenvolumen im Batteriebehälter einnehmen, wie das nachstehend noch im einzelnen dargelegt wird. Darüberhinaus kann die vorliegende Erfindung auch mit einem gegenüber den Zellelementabmessungen überdimensionierten Behälter verwirklicht werden, sofern das aus besonderen Leistungsanforderungen gewünscht wird. Dies kann beispielsweise beim Ersatz herkömmlicher Batterien in solchen Märkten erforderlich sein, wo besondere Anwendungen standardisierte Batteriebehälterabmessungen erfordern.

In diesen Umständen resultieren die Vorteile der vorliegenden Erfindung grundsätzlich aus Kosteneinsparungen, die beispielsweise aus einer wirksameren Bleiausnutzung resultieren. Diese Vorteile lassen sich anhand des Widerstands/Bleigewicht-Äquivalentes ablesen. Dieser Parameter stellt ein Maß für die wirksame Ausnutzung des Bleis in einer Batterie dar und wird höchst zweckmäßig pro Batteriezelle angegeben, um einen Mittelwert zu erhalten. Dieser wird bestimmt, indem man das Gesamtbleigewicht in der Batterie (d.h. - das Gesamtgewicht der Bleikomponente, in freier und kombinierter Form in allen Batteriekomponenten; oder, anders ausgedrückt:- das Gesamtgewicht an in der Batterie vorhandenem metallischem

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Blei und Bleiverbindungen, auf trockener, nicht formierter Basis -) durch die Anzahl der Zellen teilt und daraufhin mit jenem Wert multipliziert, der durch Teilung des Gesamtinnenwiderstandes der Batterie durch die Zellenzahl erhalten worden ist. Gemessen bei -18°C sind die erfindungsgemäßen Batterien gekennzeichnet durch Widerstands/Bleigewicht-Äquivalente von nicht mehr als ungefähr 7,26 milliOhm · kg (3,3 milliOhm-pounds), vorzugsweise von nicht mehr als ungefähr 6,6 milliOhm · kg (3,0 milliOhm-pounds), noch weiter bevorzugt von nicht mehr als ungefähr 6,27 milliOhm * kg (2,85 milliOhm-pounds) und ganz besonders bevorzugt von weniger als ungefähr 5,9 oder 5,5 milliOhm · kg (2,7 or 2,5 milliOhm-pounds). Die entsprechenden Spitzenstromwerte, bezogen auf das Bleigewicht der Batterie, betragen wenigstens ungefähr 616 Watt pro 1 kg Blei (280 watts per pound lead) und weiter bevorzugt wenigstens ungefähr 748 Watt pro 1 kg Blei (340 watts per pound lead).

Die erfindungsgemäßen Batterien können ferner anhand einer Kalt-Leistungsprüfung bei -18°C gekennzeichnet werden, welche Prüfung einen üblichen Standard in der Batterie-Industrie für Kraftfahrzeuge der Vereinigten Staaten von Amerika darstellt. Bei dieser Prüfung wird eine Batterie anhand der Ampere-Anzahl (auch als "Kalt-Start-Ampere" bezeichnet) beurteilt, die aus einer Batterie entnommen werden kann, wobei 30 see lang eine Spannung von nicht weniger als 7,2 Volt gewährleistet sein muß. Diese Kalt-Leistungs-Prüfung wird als Anhaltspunkt über die Größe der Start- oder Anlaßenergie der Batterie angesehen. Erfindungsgemäße Batterien gewährleisten in einer optimalen Ausführungsform Kalt-Start-Ströme von wenigstens ungefähr 35,2 A/kg (16 amps/pound), bezogen auf das Batterie-Gesamtgewicht, vorzugsweise von wenigstens ungefähr 38,5 A/kg (17,5 amps/pound)j und noch weiter bevorzugt von wenigstens ungefähr 44 A/kg (20,0 amps/pound). Bezogen auf das Volumen gewährleisten erfindungsgemäße Batterien typischerweise eine

Kalt-Start-Stromstärke von wenigstens ungefähr 0,091 A/cm des Gesamtvolumens, weiter bevorzugt von wenigstens ungefähr 0,lo3 A/cm . Bezogen auf wirksame Volumen gewährleisten erfindungsgemäße Batterien eine Kalt-Strom-Stärke von wenigstens ungefähr 0,134 A/cm , weiter bevorzugt von wenigstens ungefähr

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Q,152 A/cm (2,5 cold cranking amps per cubic inch). Bezogen auf das Gesamtgewicht an Blei in der Batterie (wie oben definiert) gewährleisten erfindungsgemäße Batterien eine Kaltstart- Stromstärke von wenigstens ungefähr 13,6 bis 14,1 Ampere pro 1 kg des Bleigewichtes (30 bis 31 amps/pound).

Anhand eines spezifischen Beispiels soll dargelegt werden, was diese Parameter bedeuten. Eine handelsüblich zugängliche, wartungsfreie, 12-Volt-Batterie (der Typen- oder Gruppenbezeichnung 24) mit einer nominellen Kalt-Start-Stromstärke von 550 A wiegt ungefähr 19,09 kg und benötigt einen Behälter mit einem Außenvolumen von ungefähr 9455 cm . In deutlichem Gegensatz dazu wiegt eine erfindungsgemäße Batterie mit einer nominellen Kalt-Start-Stromstärke von 550 A ungefähr 13,6 kg oder dgl. und kann in einem Behälter untergebracht werden, der ein Gesamtvolumen von lediglich ungefähr 5653 cm aufweist. Anders ausgedrückt, würde eine erfindungsgemäße Batterie mit einem Behältervolumen der gleichen äußeren Abmessungen der oben beschriebenen handelsüblichen Batterie eine nominelle Kalt-Start-Stromstärke von ungefähr 850 bis 900 oder dgl. ergeben; das Gewicht dieser Batterie würde ungefähr 1,3 bis 1,8 kg mehr betragen, als dasjenige der oben beschriebenen handelsüblichen Batterie der Typen- oder Gruppenbezeichnung "24".

Dieser deutliche Unterschied hinsichtlich der Leistungsfähigkeit kann auch aus einem Vergleich der Spitzen-Strom-Kennwerte abgelesen werden. Die handelsübliche Batterie der Typen- oder Gruppenbezeichnung "24" liefert einen Spitzenstrom von ungefähr 5120 Watt bei -18°C; dies entspricht etwa 266 Watt pro 1 kg des Batteriegewichtes und/oder ungefähr 0,54 Watt/cm des Batteriegesamtvolumens. Im Gegensatz dazu gewährleistet die

erfindungsgemäße Batterie einen Spitzenstrom von ungefähr 7000 Watt; dies entspricht etwa 506 Watt/kg Batteriegewicht und/oder 1,24 Watt/cm Batteriegesamtvolumen.

Diese herausragenden Batterie-Leistungs-Kenndaten führen dazu, daß die erfindungsgemäße Batterie einen Kalt-Start-Strom abzugeben vermag, der demjenigen von einigen Lastwagenbatterien äquivalent ist, welche ein wesentlich höheres Gewicht aufweisen. In einigen Fällen wiegen erfindungsgeraäße Batterien 15,9 kg oder dgl. und erbringen eine höhere Startoder Anlaßenergie, als einige Lastwagenbatterien, die mehr als 45 kg wiegen.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand der Figuren erläutert. Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, 12-Volt-Batterie mit 6 Zellen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, gehört zu der Batterie Io im wesentlichen ein vorgeformter Behälter 12, ein über geeignete Mittel am Behälter angebrachter Deckel .14, eine positive Anschlußklemme 16 und eine negative Anschlußklemme 18. Gemäß der Darstellung sind diese Anschlußklemmen an der Oberseite angebracht; alternativ könnten in gleicher Weise auch seitlich angebrachte Anschlußklemmen oder sonstige Ausgestaltungen der Anschlußklemmen vorgesehen werden.

Wie das am besten aus den Fig.- 2 bis 4 ersichtlich ist, ist der Behälter 12 in eine Anzahl Zellen unterteilt, in^dem mit dem Behälter integral ausgebildete Trennungswände 20 vorhanden sind, die im wesentlichen in gleichen Abständen zueinander in Ebenen parallel zu den Endwänden 22 des Behälters 12 angeordnet sind.

Jede Zelle weist eine Anzahl unabhängiger, alternierend angeordneter, positiver Elektrodenplatten 24 und negativer Elek¹-

trodenplatten 26 auf. Wie dargestellt, sind die Platten 24 und 26 entsprechend einem bevorzugten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung im wesentlichen senkrecht zu den Zellentrennwänden 20 angeordnet. Sofern die Elektrodenplatten auf diese Weise in den die üblichen Abmessungen aufweisenden Behältern von Kraftfahrzeugbatterien angeordnet sind, d.h. von Batterien mit standardisierten Außenabmessungen, wie sie beispielsweise in den Vereinigten Staaten von Amerika von der Society of Automotive Engineers (SAE) für Kraftfahrzeugbatterien festgelegt sind, in anderen Ländern durch vergleichbare _v- Organisationen festgelegt sind, beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland durch die "Deutsche Industrie Norm (DIN)" festgelegt sind, dann weisen diese Elektrodenplatten ein Breiten:Höhen-Verhältnis von wenigstens ungefähr 2:1, häufig von wenigstens 3:1 oder mehr, gegebenenfalls bis zu 4s1 oder 5:1 auf.

Erfindungsgemäß macht der gesamte Flächenbereich der Platten ungefähr 1/4 bis 1/6 des Flächenbereiches der üblicherweise bemessenen Elektrodenplatten auf, wenn diese für einen Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge vorgesehen sind. Daraus resultiert eine Plattenfläche für eine einzelne

2 Platte von ungefähr 32,2 bis 64,5 cm . Es ist festgestellt

**" worden, daß Platten innerhalb dieses Flächenbereiches zufriedenstellend sind, um die angestrebten Energie-Kennwerte der erfindungsgemäßen Batterien zu gewährleisten. Es wird angenommen, daß solche, relativ kleine Platten eine wirkungsvollere Ausnutzung der leitfähigen Abschnitte der Platten gewährleisten, wie das im einzelnen nachstehend noch erläutert wird.

Mit Fig. 5 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines brauchbaren, unabhängigen, elektrisch leitenden Stütz- oder Tragelementes dargestellt, d.h. ein Gitter für die Elektrodenplatten 24 und 26. Das mit 28 bezeichnete Gitter weist einen äußeren Rahmenstab 30, ferner Querstäbe 32 und 34 auf, welche sich derartig schneiden, daß im wesentlichen gleiche Fenster oder Be-

reiche 36 für die Aktivmaterialien geschaffen werden; ferner sind dem elektrischen Anschluß dienende Einrichtungen wie etwa eine Plattenfahne 38 und ein Plattenfuß 40 vorhanden.

Die dargestellte Gitterkonstruktion ist lediglich beispielhaft gedacht; anstelle dieser können zahlreiche andere Gitterkonstruktionen vorgesehen werden, da eine bestimmte Gitterkonstruktion für die vorliegende Erfindung nicht von besonderer Bedeutung ist. Gefordert wird lediglich, daß das Gitter geeignet ist, um die Aktivmaterialien zu halten bzw. abzusützen, die angebracht werden müssen, um eine Elektrodenplatte zu erhalten, und daß die Gitterkonstruktion den erzeugten Strom relativ wirksam zu dem Sammelpunkt leitet, d.h. der Plattenfahne 38. Wie das jedoch ersichtlich ist, kann die Anwendung wirkungsvollerer Gitterkonstruktionen zu einer weiteren Verringerung des Innenwiderstandes beitragen und als Folge dazu zu einer erhöhten elektrischen Leistungsfähigkeit der Batterie.

Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die verwendeten Gitter relativ dünn. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, Gitter zu verwenden, deren nominelle Dicke im Bereich von ungefähr 0,762 bis 1,651 mm, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,889 bis 1,143 mm liegt. Diese nominelle Dicke wird typischerweise als die Dicke des äußeren Rahmenstabes bestimmt, da die Querstäbe 32 und 34 zumeist etwas dünner als der Rahmenstab 30 ausgebildet sind. Es können auch dickere Gitter verwendet werden, als sie vorstehend beschrieben worden sind; in diesem Falle muß man jedoch mit Abstrichen bei der erzielbaren Leistungsfähigkeit rechnen. Auf der anderen Seite können auch Gitter, die dünner sind als ungefähr 0,762 mm verwendet werden, was begrifflich immer noch von der vorliegenden Erfindung umfaßt ist. Es muß jedoch beachtet werden, daß mit den z.Zt. verfügbaren technischen Mitteln die Herstellung von extrem dünnen Gittern recht schwierig ist. Darüberhinaus müs-

sen die Anforderungen hinsichtlich der Lebensdauer in Betracht gezogen werden; beispielsweise kann die im Verlauf der Batteriebenutzung auftretende Korrosion eine anzustrebende Mindestdicke der Gitter vorschreiben. Es wird zumeist angestrebt, das

Gewicht der Gitter bei ungefähr 0,23 bis 0,31 g pro cm Gitterfläche zu halten. Dieses Gewicht pro Flächeneinheit wird typischerweise zunehmen, wenn die Fläche der einzelnen Platte erhöht wird.

Die Auswahl der für die Gitter benutzten Legierungen ist für die vorliegende Erfindung nicht besonders kritisch. In der Fachwelt sind zahlreiche geeignete Legierungen für die Gitter von Blei/Säure-Batterien bekannt. Im Hinblick auf die weit verbreitete Anwendung von wartungsfreien Batterien werden jedoch bevorzugt Legierungen verwendet, welche zur Erzielung von Wartungsfreiheit brauchbar sind. In der Fachwelt sind ebenfalls zahlreiche Legierungen dieser Art bekannt, und diese können im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Sofern für wartungsfreie Anwendungen eine optimale Lebensdauer gefordert wird, werden für die positiven Gitter vorzugsweise derartige, Wartungsfreiheit gewährleistende Legierungen mit geringem Antimongehalt vorgesehen, während für die negativen Gitter derartige, Antimon-freie Legierungen vorgesehen werden.

Die Herstellung der Gitter kann nach irgendwelchen geeigneten Verfahren erfolgen. Zum Beispiel sind Verfahren bekannt, die gegossene Strukturen oder Streckmetall zur Erzeugung der Gitter vorsehen; derartige Verfahren können im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewandt werden.

Zur Bereitstellung der Elektrodenplatten muß geeignetes, positives oder negatives Aktivmaterial oder dessen Vorstufe auf dem Gitter aufgebracht werden, das als Träger für dieses Aktivmaterial dient. Hierzu können herkömmliche Aktivmaterial-Zusammensetzungen (oder de ssen Vorstufen) angewandt werden, und diese Materialien auf dem Gitter aufgebracht werden, beispiels-

weise in pastöser Form, oder in anderer bekannter Weise, wie das in der Fachwelt bekannt ist.

Die Anwendung von unabhängigen, positiven und negativen Elektrodenplatten gewährt eine maximale Anpassungsfähigkeit an die Konstruktionsform und die Gestalt der Batterien» Auf diese Weise können unterschiedliche Legierungen und unterschiedliche Aktivmaterialien (oder deren Vorstufen) verwendet werden, welche auf die optimale Leistungsfähigkeit der besonderen, beabsichtigten Batterieanwendung zugeschnitten sind.

Vom funktionalen Standpunkt her wird lediglich diejenige Menge an Pastengewicht pro Flächeneinheit aufgebracht, die erforderlich ist, um die angestrebte Kalt-Start-Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Überschüssige Mengen führen zu Abstrichen hinsichtlich der entnehmbaren Energie pro Gewichtseinheit oder Volumeneinheit; jedoch können andere Leistungsanforderungen (wie z.B. die Kapazitätsreserve) einen größeren Anteil an Paste vorschreiben. Im Hinblick auf die zumeist benutzten Dichte-Werte hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Trocken-Pasten-Gewichte in der Größenordnung von

etwa 0,39 g pro cm Plattenfläche vorzusehen, wenn die Gitterdicke ungefähr 1,016 bis 1,143 mm beträgt. ,

Wie das üblich ist, werden Separatoreinrichtungen verwendet, um die positiven und negativen Elektrodenplatten voneinander zu trennen. Irgendeine für Blei/Säure-Batterien geeignete Separatoreinrichtung kann verwendet werden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für die Elektrodenplatten in der erfindungsgemäßen Batterie den gleichen Abstand voneinander vorzusehen, wie er zumeist in Blei/Säure-Batterien vorgesehen wird, d.h., typischerweise einen Abstand von ungefähr 0,9398 mm zwischen benachbarten Elektrodenplatten. Die verwendete Separatoreinrichtung soll zweckmäßigerweise Rippen oder andere Einrichtungen aufweisen, welche das Entweichen des an den Elektrodenplatten erzeugten Gases nach oben aus

- 24 dem Behälter 12 heraus ermöglichen.

Nach einem weiteren und vorzugsweise vorgesehen Gesichtspunkt dieser Erfindung besteht die in jeder Zelle vorgesehene Separatoreinrichtung aus einem endlosen Streifen aus Separatormaterial, das zick-zack-förmig gefaltet ist, wobei die positiven Elektrodenplatten und die negativen Elektrodenplatten alternierend in den Falten auf gegen- " überliegenden Seiten des Separatormaterials angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Separatormaterial 42 jeder Zelle ein endloser Streifen aus zick-zack-förmig gefaltetem Material. Vorzugsweise werden Separatormaterialien für wartungsfreie Batterien benutzt.Für derartige Anwendungen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die handelsüblich zugänglichen Siliciumdioxid-Polyäthylen-Separatormaterialien zu verwenden. Ein beispielhaftes Material dieser Art weist eine nominelle Dicke von 0,254 mm auf und ist mit Rippen versehen, um den angestrebten Elektrodenplatten-Abstand von ungefähr 0,9398 mm zu gewährleisten. Diese Rippen sollen auf die positiven Elektrodenplatten zu gerichtet sein und solche Gestalt aufweisen, daß ein Strömungspfad geschaffen wird, längs dem das erzeugte Gas nach oben entweichen und schließlich aus dem Behälter austreten kann. Ein Verfahren zum Zusammenbau des Separators und der Platten zu einem' Elektrodenstapel ist in der parallelen Patentanmeldung der Erfinder Oswald et al vom gleichen Tage beschrieben. Das dort beschriebene, besondere Zusammenbauverfahren stellt jedoch keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung dar.

Der Separatorwiderstand und der Abstand zwischen den Elektrodenplatten beeinflußt den Gesamt-Innenwiderstand der Batterie. Zur Erzielung einer optimalen Leistungsfähigkeit ist dementsprechend vorzugsweise die Anwendung eines Separators vorgesehen, der bei 27°C einen Widerstand von nicht mehr als ungefähr (64,5 + 12,9) milliOhm«cm ^(10+2) rnilliOhm

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• Quadratzoll/oder dgl. aufweist; die oben beschriebenen, handelsüblich zugänglichen Siliciumdioxid-Polyäthylen-Materialien erfüllen diese Anforderung. Natürlich können auch Separatoren mit höheren Widerstandswerten verwendet werden, was von den elektrochemischen Leistungs-Kennwerten abhängt, die für eine besondere Batterieanwendung angestrebt werden. Auf ähnliche Weise führt ein kleinerer Plattenabstand als 0,9398 mm zu einer Abnahme des Innenwiderstandes wegen der geringeren Elektrolyt-Schichtdicke. Eine Erhöhung des Plattenabstandes hat die entgegengesetzte Auswirkung.

Die oben angegebenen Leistungs-Kenndaten der erfindungsgemäßen Batterie sind erzielt worden mit einem Elektrodenplatten- Abstand von 0,9398 mm und einem Separatormaterial, das die angegebenen, vorzugsweise vorgesehenen Widerstands-Anforderungen erfüllt. Es muß jedoch beachtet werden, daß einige oder sämtliche Vorteile und Vorzüge der vorliegenden Erfindung auch dann realisierbar sind, wenn eine weniger als optimale Kombination von Plattenabstand und Separatorwiderstand benutzt wird. Das heißt, zahlreiche, handelsüblich zugängliche Separatormaterialien weisen Widerstandswerte im Bereich

von ungefähr 77,4 bis 193,5 milliOhm · cm (12 bis 30 milli-Ohm · Quadratzoll) auf, und werden häufig in Blei/Säure-Batterien angewandt. Die Anwendung dieser Separatormaterialien mit höherem Widerstand vermindert etwas die erzielbare Leistungsfähigkeit, ist jedoch für zahlreiche Anwendungsfälle akzeptabel. Zum Beispiel ergibt ein Separatormaterial mit einem

Widerstand von ungefähr 193,5 milliOhm · cm bei einem Plattenabstand von 0,9398 mm eine erfindungsgemäße Batterie, die ein Widerstands/Gewicht-Äquivalent von ungefähr 10,8 milliOhm · kg aufweist.

Für die Batterie können geeignete Entlüftungseinrichtungen vorgesehen werden, wie das in der Batterietechnik üblich ist; zu diesem Zweck können irgendwelche der verschiedenen

üblichen Verschlußstopfen benutzt werden. Wie das am besten den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, sieht die dargestellte Ausführungsform eine einzige Entlufungseinrichtung für jede Zelle vor; der mit 44 bezeichnete Verschlußstopfen ist von der Bauart, wie sie häufig in handelsüblichen, wartungsfreien Kraftfahrzeugbatterien vorgesehen wird. Die im Batterieinneren entwickelten Gase entweichen durch Kanäle, die an der Unterseite der Deckeleinlagen 46 ausgebildet sind; diese Deckeleinlagen 46 selbst sind im Preßsitz in den Deckel 14 eingefügt.

Ferner sollen Einrichtungen vorgesehen werden, um die Möglichkeit von inneren Kurzschlüssen auf ein Minimum herabzusetzen; derartige innere Kurzschlüsse können vor allem durch die Ansammlung von Ablagerungen am Boden des Behälters auftreten. Mehr im einzelnen tritt im Verlauf der Batteriebenutzung - wie das bekannt ist - eine Ablösung von Aktivmaterial und dgl. auf, welche abgelösten Materialien sich dann am Böden des Behälters ansammeln. Dieser Aufbau von Ablagerungen kann dann einen elektrischen Strompfad erzeugen, der benachbarte positive und negative Elektrodenplatten überbrückt, so daß ein innerer Kurzschluß auftritt.

Zur Vermeidung dieser inneren Kurzschlüsse kann beispielsweise vorgesehen werden, am Boden des Behälters 12 aufrechtstehende Rippen oder Schultern 48 anzuformen, die benachbart und im wesentlichen parallel zu den Trennwänden der Zellen verlaufen,, wie das am besten der Fig. 2 zu entnehmen ist. Diese Rippen oder Schultern 48 wirken mit den Füßen 40 der Elektrodenplatten dahingehend zusammen, um diese Platten ausreichend hoch oberhalb des Zellenbodens anzuordnen, so daß während des Zellengebrauchs jegliche leitfähigen Brücken unterbunden werden, die ansonsten zu inneren Kurzschlüssen führen könnten. Der spezielle Abstand zwischen dem unteren Rand der Elektrodenplatten und dem Zellenboden kann demjenigen Abstand entsprechen, der hierfür in üblichen Batteriekonstruktionen vorgesehen wird.

Noch weiter bevorzugt kann - wie das auch in einigen handelsüblichen, wartungsfreien Batterien vorgesehen ist - der Zellenboden mit einem Elektrolyt-beständigen Klebstoff, etwa einem Epoxyharz, einer Abdichtmasse, einer Heißschmelzmasse ausgefüllt werden, wie das manchmal von Batterieherstellern durchgeführt wird, so daß die Elektrodenplatten und/oder die Separatoren dort eingegossen sind. Die Festlegung des unteren Plattenrandes oder des Plattenfusses 40 in der geschilderten Weise ergibt eine erhöhte Vibrationsbeständigkeit.

Darüborhinaus können - wie das nachstehend noch im einzelnen dargelegt wird - die Elektrodenplatten und die Separatoren von den verwendeten Zellenbrücken (intercell connection means) in der Zelle gehalten werden, so daß ein adäquater Abstand zum Zellenboden resultiert. In diesem Fall wird es zumeist angestrebt, den Separator so zu bemessen, daß dessen untere oder Bodenkante geringfügig über den unteren Rand der Elektrodenplatten hervorsteht, wie das in Fig. 2 dargestellt ist.

Zur Erzielung optimaler Leistungs-Kenndaten - wie sie oben wiedergegeben sind - ist es zumeist wünschenswert, den benutzten Elektroden- oder Zellenelementestapel so zu bemessen, daß der aus den Elektrodenplatten und dem Separator gebildete Elektrodenstapel satt anliegend in die Behälterzellen paßt/ Oder, mit anderen Worten ausgedrückt, die Zellenelemente werden bezüglich der Zelle so bemessen, daß diese Zellenelemente gerade bequem in die Zellenbehälter eingefügt werden können. Der verbleibende Spalt zwischen den Zellenelementen und den Zellenseitenwänden kann zweckmäßigerweise ungefähr 0,7 bis 1,5 mm betragen, um dieses satte Anliegen zu gewährleisten. Diese gegenseitige Bemessung gewährleistet eine optimale Ausnutzung des im Batterieinneren verfügbaren Raumes und gehört in diesem Zusammenhang zur optimalen Ausgestaltung bzw. Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie.

Nach einer alternativen Ausführungsform können, wie in Fig. 3 dargestellt, an den Seitenwänden 52 des Kunststoffbehälters 12 Rippen 50 integral angeformt sein, um die Zellenelemente in der vorgesehenen Stellung zu halten, sofern ein übergroßer Behälter benutzt wird. In der Tat kann - wenn das angestrebt wird - ein übergroßer Behälter ohne die Notwendigkeit von Rippen oder sonstigen Positionierungseinrichtungen verwendet werden. In solchen Fällen muß jedoch eine größere Elektrolytmenge vorgesehen werden, als für ein befriedigendes Arbeiten der Batterie erforderlieh ist; um einen derartigen Elektrolytüberschuß zu vermeiden, kann ein Schaum geringer Dichte oder eine sonstige Volumen-reduzierende Einrichtung vorgesehen werden, welche derartigen überschüssigen Elektrolyten verdrängt, so daß auch in diesem Falle eine Konstruktion mit geringerem Gewicht erhalten wird.

Erfindungsgemäß sind elektrisch leitende Stege oder Bänder vorhanden, welche in jeder Zelle die Platten gleicher Polarität miteinander verbinden, so daß diese Platten parallel zueinander angeschlossen sind. Diese elektrisch leitenden Verbindungen können nach irgendwelchen üblichen Vorschlägen erfolgen, wobei typischerweise sog. Schmelzverbindungen vorgesehen sind.

Zu diesem Zweck ist - wie dargestellt - in einer End-Zelle ein erster elektrisch leitender Steg bzw. ein erstes elektrisch leitendes Band elektrisch leitend mit den Anschlußmitteln oder Fahnen jeder unabhängigen positiven Elektrodenplatte verbunden und führt zu der positiven Anschlußklemme. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist ein Steg oder Band 54 entsprechend sowohl mit den Fahnen 38 der positiven Elektrodenplatten 24 verbunden, wie mit der positiven Anschlußklemme 16.

In der anderen End-Zelle ist ein zweiter elektrisch leitender Steg bzw. ein zweites elektrisch leitendes Band elektrisch leitend mit den elektrischen Anschlußeinrichtungen oder Fahnen jeder unabhängigen negativen Elektrodenplatte verbunden und führt zu der negativen Anschlußklemme. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Steg oder das Band 56 auf diese Weise sowohl mit den Fahnen 38 der negativen Elektrodenplatten 26 wie mit der negativen Anschlußklemme 18 verbunden.

In ähnlicher Weise verbindet ein dritter elektrisch leitender Steg bzw. ein drittes elektrisch leitendes Band die unabhängigen positiven Elektrodenplatten in jeder anderen Zelle als der positiven Anschlußzelle untereinander parallel geschaltet. In gleicher Weise verbindet ein viertes leitfähiges Band bzw. ein vierter leitfähiger Steg in jeder anderen Zelle als die negative Anschlußzelle die negativen Elektrodenplatten untereinander elektrisch leitend und parallel geschaltet. Ein solches viertes leitfähiges Band bzw. ein vierter leitfähiger Steg 60 in jeder anderen Zelle als der negativen Anschlußzelle verbindet die Fahnen 38 aller negativen Elektrodenplatten untereinander elektrisch leitend.

Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbinden wenigstens zwei Zellenbrücken (intercell connectors) pro Zelle benachbarte Zellen elektrisch leitend in Serie oder Reihe geschaltet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Zellenbrücken so ausgestaltet, daß sie durch die Trennwand hindurchführen. Die Anzahl der Zellenbrücken wird in großem Ausmaß von der Anzahl der Platten pro Zelle bestimmt. Bei zahlreichen Anwendungsfällen ist es zweckmäßig, vorzugsweise wenigstens drei Zellenbrücken zu verwenden. Bei einigen Anwendungsfällen, wo eine außerordentlich große Anzahl Platten pro Zelle verwendet wird - beispielsweise ungefähr 60 oder mehr Platten pro Zelle - kann es angestrebt werden, vier Zellenbrücken vorzusehen, um benachbarte Zellen miteinander elektrisch leitend zu verbinden. Zu diesem Zweck

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weist der dritte elektrisch leitende Steg 61 bzw. das dritte elektrisch leitende Band 61 - wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt - drei Zellenbrücken-Ansätze bzw.-Knöpfe · 62 auf, die an Öffnungen 64 in den Zellentrennwänden 20 anstoßen. Der vierte elektrisch leitende Steg 60 bzw. das vierte elektrisch leitende Band 60 in der benachbarten Zelle weist ebenfalls drei abstehende Zellenbrücken-Ansätze bzw. -Knöpfe 66 auf, die in gleicher Weise an den Öffnungen 64 anstoßen. Im dargestellten, zusammengebauten Zustand sind die Ansätze bzw. Knöpfe 62 und 66 miteinander verschmolzen wie dargestellt -, was zu Elektrolyt-dichten Zellenbrücken (intercell connections) führt.

Die Zellenbrücken sind ausreichend stark bzw. kräftig,, so daß - sofern das angestrebt wird - die positiven und negativen Elektrodenplatten von diesen elektrisch leitenden Stegen bzw. Bändern gehalten werden können, ohne daß zusätzliche Abstützeinrichtungen am unteren Rand der Elektrodenplatten erforderlich sind. Dies kann dort besonders vorteilhaft sein, wo die, die Stütz- oder Tragelemente für die Elektrodenplatten bildenden Gitter aus Streckmetall bestehen. Es wird angenommen, . daß diese mehrfachen Zellenbrücken eine Batterie ergeben, die gegenüber Vibrationsschäden , wie sie während des Batteriegebrauchs oder dgl. auftreten können, weniger anfällig ist.

Die entsprechenden, elektrisch leitenden Stege oder Bänder, genauso wie die die Zellenbrücken bildenden, mit dem dritten und vierten Steg bzw. Band verbundenen Ansätze oder Knöpfe können mit den positiven und negativen Elektrodenplatton entweder vor oder nach deren Einfügung in den Batteriebehälter verbunden werden. Vorzugsweise wird ein Elektrodenstapel verwendet, dessen Herstellung in der parallelen Patentanmeldung der Erfinder Oswald et al vom gleichen Tage beschrieben ist; da wie dort im einzelnen ausgeführt ist, die Vielzahl der erforderlichen Komponenten als eine einzige Einheit einfach ge-

handhabt werden kann. Dieser Elektrodenstapel kann einem Verfahrensschritt zum Angießen des Steges oder Bandes zugeführt werden, so daß die Stege/Bänder und Knöpfe in einem einzigen Arbeitsschritt an die Plattenfahnen angegossen werden, um ein Zellenelement bereitzustellen. Übliche Maßnahmen zum Angießen der Stege/Bänder sind in der Fachwelt bekannt und können in geeigneter Weise auch im Rahmen dieser Erfindung angewandt werden. Nachdem die Zellenelemente im Behälter angeordnet sind, können die Zellenbrücken erzeugt werden, beispielsweise durch Elektroschweissung oder Verschmelzung unter der Wirkung eines Gasbrenners, um die in der beispielhaften Ausführungsform dargestellten verschmolzenen Zellenbrücken (intercell connections) zu erhalten.

Die Erzeugung der Vorstufe für die Aktivmaterial-Paste kann typischerweise nach bekannten Verfahren erfolgen. D.h., die Erzeugung kann in einem einstufigen Verfahren durchgeführt werden, indem man einen Schwefelsäure-Elektrolyten mit relativ hohem spezifischem Gewicht, beispielsweise von 1,200 g/cm oder dgl. verwendet, oder die Erzeugung kann in einem zweistufigen Verfahren erfolgen, wobei zuerst in einem Elektrolyten mit relativ geringem spezifischem Gewicht, beispielsweise von 1,60 g/cm oder dgl. aufgeladen wird, dieser Elektrolyt daraufhingehend entfernt und ein Elektrolyt mit höherem spezifischem Gewicht aufgesaugt wird. In jedem Fall soll das spezifische Gewicht des Elektrolyten im voll aufgeladenen Zustand für eine als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge vorgesehene Batterie im Bereich von ungefähr 1,265 g/cm oder dgl. liegen.

Der Füllstand des Elektrolyten im Behälter kann nach Wunsch eingestellt werden, wird jedoch zumeist bis zum oberen Rand der Elektrodenplatten reichen. Dies ist alles, was erforderlich ist, um die elektrischen Leistungs-Kenndaten der erfindungsgemäßen Batterien zu gewährleisten. In Batterien mit be-

weglichem Elektrolyten ist es jedoch zweckmäßig, einen Elektrolyt-Füllstand oberhalb der Elektrodenplatten vorzusehen, so daß ein Elektrolytvorrat verbleibt; tatsächlich wird überschüssiger Elektrolyt vorgesehen, sowohl für wartungsfreie Batterien wie zur Steigerung von niedrigeren Leistungswerten (beispielsweise der Kapazitätsreserve).

Wie das ersichtlich ist, weist die beispielhafte Ausführungsform ausreichende Zellenbrücken auf. Die, die Platten von gleicher Polarität innerhalb der untereinander verbundenen Zellen elektrisch leitend verbindenden Stege oder Bänder verlaufen somit bei der optimalen Ausgestaltung bzw. optimalen Ausführungsform benachbart und im wesentlichen parallel zu den Zellentrennwänden und erstrecken sich im wesentlichen auch über deren Länge. Diese wirksamen Zellenbrücken bzw. Zwischenzellenverbindungen tragen zu der ganz überlegenen Start- oder Anlaßenergie-Leistung bei, wie sie für die erfindungsgemäßen Batterien kennzeichnend ist.

Um die erfindungsgemäßen Blei/Säure-Batterien bereitzustellen, müssen die verschiedenen, oben erläuterten physikalischen Parameter ausgewählt aufeinander abgestimmt werden, um die außergewöhnlichen Kennwerte hinsichtlich der Energie pro Gewichtseinheit oder der Energie pro Volumeneinheit zu erhalten, wie sie für die erfindungsgemäßen Batterien kennzeichnend sind. Es ist gerade die Aufeinanderabstimmung dieser Parameter, welche diese besonderen Kennwerte zustande bringt.

Der relativ kleine Flächenbereich jeder einzelnen Platte im Vergleich zu den Flächenbereichen der Platten in üblichen, als' Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge dienenden Batterien trägt hierzu erheblich bei. Dies gewährleistet außerordentlich wirksame elektrisch leitende Bauteile. Für eine vorgegebene Gesamtplattenflache verringert die Anwendung von mehr Platten, von denen jede einzelne eine

drastisch verringerte Plattenfläche aufweist, den Innenwiderstand der Batterie ganz entscheidend. Diese hohe Wirksamkeit erlaubt es wiederum, das Gewicht oder die Masse der Gitterabschnitte der Platten pro Flächeneinheit erheblich zu verringern. Die Massenverringerung beeinflußt das Gleichgewicht zwischen dem auf den Elektrolyten zurückführbaren Widerstand und dem auf die Platten zurückführbaren elektronischen Widerstand. Die Gittermasse soll dahingehend ausgewählt werden, daß ein relativ optimales Gleichgewicht bzw. ein optimaler Ausgleich zwischen diesen Widerständen erzielt wird, welches Gleichgewicht bzw. welcher Ausgleich recht unterschiedlich zu dem Gleichgewicht/Ausgleich bei herkömmlichen Batterien ist, oder, anders ausgedrückt, die Gittermasse wird zweckmäßigerweise so ausgewählt, daß weder eine Erhöhung noch eine Verringerung des Gittergewichtes pro Flächeneinheit die Energie-Kennwerte pro Einheitsgewicht nennenswert erhöht. Diese Verringerung der Gittermasse mag - als beispielhafte Angabe - unge- · fähr 91 % der Gittermasse pro Flächeneinheit entsprechen, die sonst in herkömmlichen Batterien angewandt wird.

Verwendet man Pasten mit den typischen Dichtewerten für Kraftfahrzeugbatterien, dann ist auch die Masse der Aktivmaterial-Paste pro Flächeneinheit deutlich verringert. Das heißt, die Menge der Aktivmaterial-Paste pro Flächeneinheit ist auf lediglich denjenigen Betrag verringert, der zur Gewährleistung der gewünschten Start- oder Anlaßenergie erforderlich ist. Als beispielhafte Angabe kann hierzu festgestellt werden, daß die Gesamtpastenmasse pro Flächeneinheit ungefähr 83 % der üblicherweise verwendeten Gesamtpastenmasse pro Flächeneinheit beträgt.

Dementsprechend beträgt die Gesamtplattenmasse pro Flächeneinheit der erfindungsgemäßen Batterie ungefähr 86 % der Gesamtplattenmasse pro Flächeneinheit bei herkömmlichen Batterien.

Bekanntlich sind die Kalt-Start-Eigenschaften und -Kenndaten von Blei/Säure-Batterien ganz wesentlich von der wirksamen Platten-Gesamtfläche abhängig. Das heißt, um tatsächlich eine besondere Kalt-Start-Bewertung herauszuarbeiten, muß eine minimale wirksame Platten-Gesambflache vorgegeben werden. Sofern ein solches Minimum nicht vorhanden ist, kann die resultierende mittlere Stromdichte (bezogen auf die wirksame Plattenfläche) die Steigung der Kurve im Spannungs/ Zeit-Diagramm so stark ändern, daß die Batterie die Kalt-Start-Prüfung nicht mehr erfüllt. Zum Beispiel werden übliehe Batterien zumeist dahingehend gestaltet, daß die mittlere Stromdichte einen Wert im Bereich von ungefähr

2
0,28 A/cm (1.8 A/Quadratzoll) oder dgl. nicht übersteigt.

Im Gegensatz dazu zeichnen sich die erfindungsgemäßen Batterien durch relativ hohe Klemmenspannungen (beispielsweise die 5-Sekunden-Spannung) aus. Dies erlaubt eine Verringerung der wirksamen Plattenfläche, die zur Erzielung bestimmter Kalt-Start-Kennwerte erforderlich ist, weil die stärkere Neigung der erhaltenen Spannungs/Zeit-Kurve immer noch die erforderlichen 7,2 V nach 30 see gewährt. Das heißt, als beispielhafte Angabe, daß eine erfindungsgemäße Batterie so ausgelegt werden kann, daß deren mittlere Stromdichte im Bereich von ungefähr 0,29 bis 0,34 A/cm liegt. Deswegen kann die wirksame Plattenfläche der erfindungsgemäßen Batterien ungefähr 88% derjenigen Plattenfläche entsprechen, die in herkömmlichen Batterien erforderlich ist.

Weiterhin ist zu beachten, daß eine Plattenfläche, die nicht auf die Fläche einer Platte von entgegengesetzter Polarität zu zeigt, nicht merklich zu der wirksamen Plattenfläche beiträgt, da ein außerordentlich hoher Widerstandspfad zu irgendeiner Plattenfläche entgegengesetzter Polarität besteht. An jeder Seite einer Zelle bleiben deshalb die Außenflächen der zwei alleräußersten Platten weitgehend ungenutzt. Zum Beispiel liegt der prozentuale Anteil der ungenutzten Plattenfläche

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bei einer herkömmlichen Batterie in der Größenordnung von 9 bis 10 %. Demgegenüber kann bei den erfindungsgemäßen Batterien dieser ungenutzte Flächenbereich beispielsweise auf etwa 1,8 bis 2 % verringert werden. Wegen dieses Endplatten-Effektes muß die Platten-Gesamtfläche der erfindungsgemäßen Batterie lediglich ungefähr 92,5 % derjenigen von üblichen Batterien betragen.

Obwohl Größe und Betrag jedes dieser drei, das Gewicht und die Fläche reduzierenden Effekte bedeutsam ist, kommt dem cumulativen Effekt dramatische Auswirkung zu. So beträgt das Gesamtbleigewicht der erforderlichen Platten zur Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Batterie, deren Energie-Kennwerte (beispielsweise das Kalt-Start-Vermögen) äquivalent denjenigen üblicher Batterien sind, lediglich ungefähr 70 % oder dgl. (etwa 0,86 x 0,88 χ 0,925 χ 100) des bei herkömmlichen Batterien hierzu erforderlichen Gesamtbleigewichtes.

Weiterhin ist zu beachten, daß die oben beschriebenen, wirksamen Zellenbrücken in gleicher Weise erheblich zu der verbesserten Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Batterien beitragen. Das heißt, das gesamte, sog. "Kopfblei" (d.h. das Gewicht von Stromleitungsbahnen wie die oben genannten Stege oder Bänder, die Anschlußklemmen und dgl.) kann auf etwa 75 % des in üblichen Batterien benötigten "Kopfbleis" verringert werden, weil die in den erfindungsgemäßen Batterien vorgesehenen Zellenbrücken wirksame Strompfade darstellen. Weiterhin ist festgestellt worden, daß der Innenwiderstand der Zellenbrücken solcher Batterien ungefähr 75 % des Innenwiderstandes herkömmlicher Batterien ausmacht. Tatsächlich besteht der Nettoeffekt darin, daß die Zellenbrücken, d.h. die Zellenzu-Zellen-Verbindungen der erfindungsgemäßen Batterien, bezogen auf eine Blei-Einheit, ungefähr zweimal so wirksam sind (oder in dieser Größenordnung), wie die Zellenbrücken herkömmlicher Batterien.

Weiterhin ist zu beachten, daß die Verringerung des Bleigewichtes der Platten pro Flächeneinheit eine entsprechende Verringerung der Elektrolytmenge erlaubt. Dies trägt ebenfalls zu den verbesserten Energie-Kenndaten pro Gewichtseinheit der erfindungsgemäßen Batterien bei.

Diese einzigartige Wechselwirkung der physikalischen Parameter zusammen mit den wirksamen, elektrisch leitenden Zellenbrücken ergibt eine Batterie, die gekennzeichnet ist durch eine außerordentlich hohe Anfangs-Klemmenspannung (beispielsweise die 5-sec-Spannung) unter nominellen KaIt-Start-Bedingungen; diese Anfangs-Klemmenspannung liegt typischerweise in einer Größenordnung von 8,3 bis 8,6 V oder dgl., während sie für herkömmliche Batterien vielleicht bei ungefähr 7,4 bis 7,9 V oder dgl. liegt. Hinsichtlich der Fertigung heißt dies, daß der Innenwiderstand als Ursache für Fehler und Ausfälle beim Kalt-Start im Grunde genommen beseitigt ist. Dies steht in bemerkenswertem Gegensatz zu den herkömmlichen Batterien, wo die Fehlerbreite (d.h., der Zuwachs der Anfangs-Klemmenspannung über 7,2 V hinaus) durch Schwankungen und Abweichungen der Herstellungsbedingungen oder dgl. so klein sein kann, daß die Batterie das vorgeschriebene KaIt-Start-Vermögen nicht aufbringt. Darüberhinäus besitzen die erfindungsgemäßen Batterien - im Vergleich mit herkömmlichen Batterien von identischem Kalt-Start-Vermögen - deutlich höhere Energiewerte, was wiederum zu erheblich höheren Anlaß- und damit zu Motor-Start-Geschwindigkeiten führt, um ein Kraftfahrzeug anzulassen bzw. zu starten.

Die voranstehenden Ausführungen unterstreichen das Bedürfnis, die Energie-Kennwerte pro Gewichtseinheit und/oder Volumeneinheit zu optimieren. Besondere Anwendungsfälle mögen darüberhinäus größere Tief-Wert-Kapazitäten, wie beispielsweise die Kapazitätsreserve wünschenswert machen, was einiges von diesen Energie-Kennwerten abzieht. Um z.B. eine größere Kapazi-

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tätsreserve zu gewährleisten, kann es zweckmäßig sein, die Menge des pastenförmigen Aktivmaterials über die oben diskutierten Werte hinaus zu erhöhen. Dies beeinträchtigt etwas die Energie-Kennwerte; dennoch bleiben auch unter diesen Bedingungen die Energie-Kennwerte wesentlich besser als diejenigen herkömmlicher Batterien.

Der Aufbau und die Ausführung herkömmlicher Batterien können modifiziert werden, um einige Vorteile der erfindungsgemäß vorgesehenen Energie-Kennwerte zu erzielen. Zu diesem Zweck können Elektrodenplatten herkömmlicher Flächengröße mit wenigstens zwei Verbindungsfahnen und mit wenigstens zwei durch die Trennwand hindurchführenden Verbindungen, vorzugsweise sogar mit wenigstens drei solcher Verbindungen ausgebildet werden, was die Leistungsfähigkeit ganz deutlich steigert. Das heißt, in einem herkömmlichen Elektrodenstapel mit 13 Elektrodenplatten wird nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Gesamtheit von wenigstens 39 Elektrodenfahnen pro Zelle vorgesehen. Ein geeignetes Gitter 68 zur Realisierung dieser alternativen Ausführungsform ist mit Fig. 6 dargestellt. Zu diesem Gitter 68 gehören ein äusserer Rahmenstab 70, Querstäbe 72 und 74 und eine Anzahl Fahnen 76,78 und 80. Die Fahnen der positiven und negativen Gitter sollten natürlich verschoben angeordnet sein, so daß die notwendigen elektrisch leitenden Stege oder Bänder sowie die Zellenbrücken herstellbar sind. In jedem Falle soll die benutzte, besondere Elektrodenplatten-Konfiguration wenigstens eine Fahne auf ungefähr jeweils 90 cm Elektrodenplattenfläche aufweisen; noch weiter bevorzugt ist wenigstens eine Fahne auf

2
jeweils 77 cm Elektrodenplattenfläche vorgesehen.

Werden die mit mehreren Fahnen versehenen Elektrodenplatten verwendet, so kann darüberhinaus die Modifizierung der physikalischen Parameter der Batterie entsprechend den oben dargelegten Grundlagen die Energie-Kennwerte weiter verbessern im

Vergleich zu denjenigen einer herkömmlichen Batterie. Die danach erhaltene Batterie sollte Energie-Kennwerte in einer Größenordnung aufweisen, wie sie für die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben sind. Es wird jedoch nicht angenommen, daß sich mit dieser alternativen Ausführungsform die noch weiter bevorzugten Energie-Kennwerte der bevorzugten Ausführungsform erzielen lassen.

Darüberhinaus kann bei dieser alternativen Ausgestaltung die Verbindung zu den Anschlußklemmen einige Schwierigkeiten bereiten. Es kann deshalb wünschenswert sein, die Gestalt der Platten der einen Polarität in der Anschlußzelle zu modifizieren, indem lediglich eine einzige Fahne pro Platte vorgesehen ist, und damit auch ein benachbart zur Anschlußklemme angeordneter einziger Steg bzw. ein einziges Band. Dies bringt Abstriche hinsichtlich der angestrebten E.nergie-Kennwerte mit sich, kann jedoch vorzugsweise vorgesehen werden, um solche Herstellungsprobleme zu vermeiden, die ansonsten mit der Ausbildung mehrerer, im Abstand zueinander angeordneter Bänder oder Stege und deren Anschluß an die Anschlußklemmen auftreten.

Die nachstehenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken.

Beispiel 1;

Es wurde eine Anzahl erfindungsgemäßer Batterien hergestellt, deren Ausgestaltung der dargestellten Ausführungsform entspricht. Hierzu wurden herkömmliche Behälter von Batterien der Gruppen- oder Typenbezeichnung "22" verwendet; diese Behälter wurden modifiziert, um die Rippen oder Schultern 48 zu erzeugen, wie das in Fig. 2 dargestellt ist.

Die positiven Gitter waren Gußstücke aus einer Antimon/Blei-Legierung einer nominellen Zusammensetzung mit ungefähr 1,5

Gew.-% Antimon neben anderen Legierungsbestandteilen. Die nominelle Dicke der Gitter betrug etwa 1,143 mm. Es wurde eine Standardzusammensetzung der positiven Aktivmaterial-Paste verwendet. Diese Paste wurde in einer Menge aufgetragen, daß ungefähr 0,387 g der trockenen Aktiv-Material-Vor-

2
stufe pro cm resultierten. Jedes Gitter hatte eine Hohe von 114,3 mm, eine Breite von ungefähr 29,7 mm und wog etwa 10 g.

Die negativen Gitter waren Gußstücke aus einer Legierung mit nominell etwa 0,12 Gew.-% Calcium, 0,3 Gew.-% Zinn, Rest Blei. Die nominelle Dicke betrug etwa 1,143 mm. Es wurde eine Standardzusammensetzung der negativen Aktivmaterial-Paste verwendet. Diese Paste wurde in einer Menge aufgetragen, daß etwa 0,387 g trockene Aktivmaterial-Vor-

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stufe pro cm resultierten. Die Höhe, die Breite und das Gewicht der negativen Gitter waren gleich wie bei den positiven Gittern.

Der verwendete Separator war ein handelsüblich erhältliches Siliciumdioxid-Polyäthylen-Material (vertrieben unter der Handelsbezeichnung "Daramic") mit einer nominellen Dicke von 0,254 mm und einem Widerstand von ungefähr 51 bis 77

2 2

milliOhm · cm (8 bis 12 milliOhm-inch ); ferner waren Rippen vorhanden, um einen Abstand von ungefähr 0,9398 mm zwischen den positiven und negativen Platten einzuhalten. Für jede Zelle wurde ein endloser Streifen dieses Separatormaterials verwendet, das zick-zack-förmig gefaltet wurde, wie das in Fig. 1 dargestellt ist.

Pro Zelle wurden 28 positive und 28 negative Elektrodenplatten verwendet. Als Elektrolyt diente Schwefelsäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,265 g/cm im vollständig geladenen Zustand.

An diesen Batterien wurden in üblicher Weise die Kapazitätsreserve und die Kalt-Start-Prüfungen durchgeführt. Die erhaltenen Leistungs-Kennwerte bei -18°C sind nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt. Für diese Werte gilt eine 90%-ige Übereinstimmung, und diese Werte sind solchen Werten gegenübergestellt, die unter gleichen Bedingungen an handelsüblich zugänglichen, wartungsfreien Batterien ermittelt worden sind.

Tabelle 1

Batterie nach handelsübl. handelsübl. Beispiel 1 Batterie Batterie Typ "24" Typ "22"

Kapazitätsreserve (min) Spitzenstrcm*
Spitzenstrom (Watt/cm)* Spitzenstrcm(Watt/kg)* Kalt-Start-Stranstärke (ncminelle Bewertung) Kalt-Start-Strcmstärke (A/kg)

Kalt-Start-Stranstärke (A/cm³)

^w Widerstands/Gewichts-

Äquivalent (milliOhm· kg) Widerstands/Bleigewicht-Äquivalent (milliOhm·kg)

* wurde aus dem gemessenen Innenwiderstand errechnet

Die erfindungsgemäßen Batterien weisen somit ein KaIt-Start-Vermögen auf, das - bezogen auf das Gewicht und die Größe des Behältervolumens oder Rauminhaltes - diejenige der handelsüblichen Zellen vom Typ "24" übersteigt. Es wurde eine Gesamtgewichtsverringerung um ungefähr 5,5 kg und eine Volumenverringerung um ungefähr 1 852 cm realisiert. Darüberhinaus wurde die Spitzenstrom-Abgabe erheblich

70	110	76
7156	5166	4278
0,939	0,543	0,561
517	266	304
560	550	435
40,5	28,4	30,8
0,073	0,058	0,057
8,58	16,72	14,74
5,06	10,34	8,8

gesteigert; und dies bedeutet, daß die Anlaß- oder Startenergie der erfindungsgemäßen Batterien erheblich größer ist, selbst wenn die Kalt-Start-Bewertungen im Grunde genommen die gleichen sind.

Obwohl keine Gewichts- oder Volumendifferenzen im Vergleich mit den handelsüblichen Batterien vom Typ "22" auftreten, ist die nominelle Kalt-Start-Bewertung der erfindungsgemäßen Batterie wesentlich gesteigert (560 gegenüber 435 A). Der Vergleich der jeweiligen Spitzenströme (7156 gegenüber 4288 Watt) belegt gleicherweise die erheblich verbesserte Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Batterien.

Beispiel 2:

Es wurde eine Anzahl Batterien, im wesentlichen analog zu den in Beispiel 1 beschriebenen, hergestellt; abweichend wurde eine Gesamtzahl von 72 Elektrodenplatten pro Zelle angewandt, was eine optimalere Ausgestaltung im Hinblick auf die Größe des benutzten Behälters ergab. Die Batterien wurden analog zu Beispiel 1 geprüft. Das Gesamtgewicht jeder Batterie betrug ungefähr 16,1 kg.

In der nachstehenden Tabelle 2 sind die erhaltenen Versuchsergebnisse auf der Basis einer 90%-igen Übereinstimmung angegeben.

- 42 Tabelle 2

Kapazitäsreserve (min) 92

BCI-Kalt-Start-Strorastärke (A) 735

Spitzenstrcm (Watt)* 9171

Spitzenstran (Watt/cm )* 1,21

Spitzenstrcm (Watt/kg)* 577

Kait-Start-Stranstärke (A/kg) 45,5

Kalt-Start-Strcmstärke (A/an³) . 0,096 Widerstands/Gewichts-Äquivalent

(milliOhm · kg) 7,83

Widerstands/Bleigewicht-Äquivalent (milliOhm · kg) 5,13

♦aus dem gemessenen Innenwiderstand berechnet.

Durch Vergleich mit den weniger als optimal ausgestalteten Batterien gemäß Beispiel 1, zeigen die für dieses Beispiel ermittelten Ergebnisse, die wesentlichen Verbesserungen, die durch die gewählte optimale Ausgestaltung und optimale Ausführungsform erzielbar sind.

Die durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung erzielte Leistungssteigerung kann auch anhand eines Vergleichs von erfindungsgemäßen Batterien mit verschiedenen SAE-Batteriegruppenabmessungen mit solchen Batterien dargelegt werden, die nach Auffassung der zur vorliegenden Erfindung benannten Erfinder die z.Zt, optimal konstruktive Ausgestaltung für wartungsfreie Batterien aufweisen. In der nachstehenden Tabelle 3 sind die Werte zu diesem Vergleich aufgeführt. Hierbei steht "CCA" für die nominelle Kalt-Start-Bewertung in (A),"WT" für das Gesamtgewicht der Batterie und "A/LB" für den Quotienten, der durch Division des ersten durch den zweiten Wert erhalten worden ist:

Tabelle

ppe

herkömmliche Konstruktion

	CCA	WT.	AAg
1	350	13,5	25,90
2	435	14,6	29,78
4 "	550	18,8	29,21
7·	610	21,7	28,02
1	620	18,9	32,78
2	380	13,4	28,28
4	310	11,4	27,23
5	380	13,7	27,73
6	450	16,2	27,71
7	310	11,9	25,97
8	410	14,6	28,06
1	310	12,6	24,"58
2	380	14,6	26,01
3.	450	17,4	25,84
4	535	20,2	26,43
1	390	74,.3	27,20
2	435	14,6	29,76
3	480	16,4	29,23
4	550	18,7	29,34
7	610	21,7	28,13

Erfindungsgemäße Batterie

optimale Ausführungsform* Äquivalent-

Gewichts-Aus-CCA WT. A/kg Ausgestaltung**

475 515 665 770 670 475 400 485 575 420 515 445 515 615 715 505 515 580 660 765

670	15,9	41,95
720	17,0	42,22
850	20,6	41,27
980	23,5	41,71
800	19,3	41,49
600	14,8	40,56
570	13,9	41,07
640	15,7	40,65
730	18,9 -	39,06
550	13,2	41,53
600	15,1	39,73
600	14,8	40,56
670	16,8	39,92
760	19,9	38,07
880	22,7	38,80
670	15,9	41,95
720	17,0	42,22
750	17,6	42,50
850	20,6	41,27
980	26,2	41,71

gibt an, daß das Zellenelement bzw. der Elektrcdenstapel solche Abmessungen hat, daß er satt anliegend in den Behälter paßt, wie das oben ausgeführt ist;

** nominelle Kalt-Start-Strcmstärke (A), bezogen auf eine Ausführungsform mit dem gleichen Gewicht wie die erfindungsgemäßen Batterien, d.h. die Bewertung wurde errechnet, indem das Gewicht der erfindungsgemäßen Batterie mit 16 (A/kg) multipliziert worden ist; hierbei ist angenommen, daß diese Leistungsfähigkeit erfindungsgemäß leicht erzielbar ist.

Die Werte der Tabelle 3 bestätigen die eindeutige Verbesserung, die erfindungsgemäß erzielbar ist, unabhängig davon, ob eine optimale Ausgestaltung bzw. optimale Ausführungsform der Erfindung benutzt worden ist, oder eine Ausgestaltung des gleichen Gewichtes benutzt worden ist. In der Tat lassen sich signifikante Gewichtseinsparungen erzielen, indem die Anzahl der Platten pro Zelle auf etwa 40 oder dgl. herabgesetzt wird, wobei immer noch ein befriedigendes Kalt-Start-Vermögen erzielt wird. Für einige Anwendungsfälle kann es sogar ausreichen, Zellen mit lediglich 30 Platten pro Zelle oder dgl., gegebenenfalls mit lediglich ungefähr 24 Platten pro Zelle zu verwenden.

Die Gesamtzahl der Platten pro Zelle wird zumeist vorgeschrieben durch die Kapazitätsreserve und die angestrebte Ampere-Stunden-Kapazität. Die Anwendung von mehr Platten erhöht in gleicher Weise die nominelle BCI-Kalt-Start-Bewertung und den entsprechenden Spitzenstromwert (BCI steht für Battery Council International), verändert jedoch nicht wesentlich die erzielbare Kalt-Start-Stromstärke und den erzielbaren Spitzenstrom pro Gewichtseinheit oder Volumen-.einheit.

Wie dargelegt, wird mit der vorliegenden Erfindung eine Batterie bereitgestellt, die deutlich verbesserte Energie-Kennwerte, bezogen auf das Gewicht oder das Volumen, aufweist, im Vergleich zu herkömmlichen Batterien, die für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterien für Kraftfahrzeuge bestimmt sind. Darüberhinaus können derartige Batterien erzeugt werden, indem man zahlreiche der herkömmlichen Batteriezusammenbau-Verfahren benutzt, sofern das angestrebt ist. In der Tat sind die erfindungsgemäßen Batterien gut zugänglich für eine industrielle Fertigung bei hohen Stückzahlen.

Claims (21)

1. Γ I 'Il . PAJE?NTANJWÄ.WE

   " TISCHER ■ KERN & BREHM

   Albert-Rosshauptar-Strasse 65 · D 8000 München 70 ■ Telefon (089) 7605620 · Telex 05-212284 patad ■ Telegramme Kernpatent München

   GOULD INC., 17. März 1982

   Gould Center, GD-60

   Rolling Meadows, Illinois 60008,
   U. S. A.

   Blei/Säure-Batterie

   Patentansprüche;

   1» Blei/Säure-Batterie,

   dadurch gekennzeichnet, daß

   ein Behälter (12) mit einer Anzahl Zellen, einschl. einer positiven Anschlußzelle und einer negativen Anschlußzelle vorhanden ist, welcher Behälter wenigstens eine Trennwand (20) aufweist;

   jede Zelle eine Anzahl alternierend angeordneter, positiver Elektrodenplatten (24) und negativer Elektrodenplatten (26) enthält, welche durch eine Separatoreinrichtung (42) voneinander getrennt sind, so daß die Elektrodenplatten und die Separatorexnrichtung zusammen einen Elektrodenstapel bilden;

   jede Elektrodenplatte (24,26) ein Gitter (28) aufweist, das mit pastenförmigem Aktivmaterial versehen ist;

   die positiven Elektrodenplatten (24) des Elektrodenstapels in der positiven Anschlußzelle elektrisch leitend mit der positiven Anschlußklemme (16) verbunden sind; die negativen Elektrodenplatten (26) des Elektrodenstapels in der negativen Anschlußzelle elektrisch leitend mit der negativen Anschlußklemme (18) verbunden sind; die Elektrodenplatten jedes Elektrodenstapels durch wenigstens zwei Zellenbrücken elektrisch leitend und in Reihe geschaltet mit den Elektrodenplatten entgegengesetzter Polarität in der benachbarten Zelle verbunden sind; in jeder Zelle ein Schwefelsäure-Elektrolyt in Berührung mit den positiven und negativen Elektrodenplatten (24,26) sowie mit dem Separator (42) steht; und die Elektrodenplatten, die Elektrolytmenge und die Zellenbrück-en dahingehend ausgewählt und ausgestaltet sind, daß eine Batterie erhalten wird, die - pro 1 kg Blei - einen Spitzenstrom von wenigstens ungefähr 616 Watt und eine Kalt-Start-Stromstärke von wenigstens ungefähr 66 A liefert.
2. 2. Batterie nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß

   die Elektrodenplatten (24,26) in jeder Zelle senkrecht zu der Trennwand (20) angeordnet sind.
3. 3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß

   ein Steg oder Band (54,56,60,61) die Elektrodenplatten gleicher Polarität in jeder Zelle untereinander elektrisch leitend und parallel geschaltet verbindet, welches Band oder welcher Steg (54,56,60,61) eine Länge aufweist, die im wesentlichen gleich der Zellenbreite ist.
4. 4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenstapel in jeder Zelle im wesentlichen den gesamten verfügbaren Zellenraum einnimmt.
5. 5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Zellenbrücken Schmelzverbindungen (62/66) sind.
6. 6. Batterie nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den Elektrodenplatten (24,26) und dem Steg oder Band (54,56,60,61) Schmelzverbindungen sind.
7. 7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Zellen wenigstens drei Zellenbrücken vorhanden sind.
8. 8. Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenbrücken durch die Trennwände hindurchführende Schmelzverbindungen sind.
9. 9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie - pro 1 kg Batteriegewicht - wenigstens einen Spitzenstrom von ungefähr 440 Watt und eine Kalt-Start-Stromstärke von wenigstens ungefähr 35,2 A liefert.
10. 10. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie - pro 1 kg Batteriegewicht - einen Spitzenstrom von wenigstens ungefähr 495 Watt liefert.
11. 11. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie - pro 1 kg Batteriegewicht - eine Kalt-Start-Stromstärke von wenigstens ungefähr 38,5 A liefert.
12. 12. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß

    die Separatoreinrichtung (42) bei 27°C einen Widerstand von

    2 nicht mehr als ungefähr 64,5 Milliohm · cm (10 Milliohm · QUadratzoll^ aufweist.
13. 13. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatoreinrichtung ein endloser, zick-zack-förmiger Separatorstreifen (42) ist.
14. 14. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen ein Elektrolyt-beständiges, die Elektrodenplatten (24,26) am Zellenboden verankerndes Material enthalten.
15. 15. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten (24,26) unabhängig voneinander sind; jede Elektrodenplatte eine aufrechtstehende Plattenfahne (38) aufweist;

    3203765

    die Elektrodenplatten (24,26) im wesentlichen senkrecht zu den Zellentrennwänden (20) angeordnet sind; und ein Steg oder Band (54,56,60,61) die Platten gleicher Polarität in jeder Zelle untereinander elektrisch leitend und parallel geschaltet verbindet, welches Band bzw. welcher Steg (56,56,60,61) im wesentlichen parallel und benachbart zu den Zellentrennwänden (20) angeordnet ist.
16. 16. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß

    jede Elektrodenplatte (24,26) einen Flächenbereich von ungefähr 32,2 bis 64,5 cm aufweist.
17. 17. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

    jede Zelle wenigstens ungefähr 24 Elektrodenplatten (24,26) enthält.
18. 18. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

    jede Zelle wenigstens ungefähr 30 Elektrodenplatten (24,26) enthält.
19. 19. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

    jede Zelle wenigstens ungefähr 40 Elektrodenplatten (24,26) enthält.
20. 20. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß

    der Behälter (12) ein vorgeformter Behälter mit standardisierten Außenabmessungen ist.
21. 21. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenplatte (24,26) ein Längen-zu-Breiten-Verhältnis von wenigstens 2 : 1 aufweist.