DE3234342A1

DE3234342A1 - Elektrodengitter fuer akkumulatoren

Info

Publication number: DE3234342A1
Application number: DE19823234342
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Chem. 6470 Büdingen Piske
Original assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Current assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1984-03-22
Also published as: FR2533372A1; ATA328983A; AT387869B; DE3234342C2; FR2533372B1; GB8318840D0; GB2127614A; GB2127614B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrodengitter für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Elektrodengitter sind beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 25 00 977, in der deutschen Auslegeschrift 23 63 759 und in der deutschen Patentanmeldung G 5991 sowie der US-Patentschrift 4320183 beschrieben.

Die dort beschriebenen Elektrodengitter benötigen relativ viel teures Elektrodenmaterial, der elektrische Widerstand und damit die Leitungsverluste sind relativ hoch, die Strombelastung der Aktivmassen und damit die Belastung der einzelnen Bereiche des Elektrodengitters ist sehr unterschiedlich und nimmt in Richtung zur Stromleitfahne erheblich zu.

Allgemein hat ein derartiges Elektrodengitter folgende Aufgaben:

a) die aktive Masse muß unter den unterschiedlichen Betriebsbedingungen sicher festgehalten werden,

b) der elektrische Strom muß zu- und abgeleitet werden (Aufladung, Entladung),

c) das Elektrodengitter, das auch als Masseträger bezeichnet wird, muß mechanisch genügend stabil sein,

d) das Material des Elektrodengitters muß ausreichend beständig gegen den Angriff des Elektrolyten, der aktiven Masse und möglicher Nebenprodukte sein,

e) zwischen Elektrodengitter und Aktivmasse muß eine gute mechanische Verbindung sein,

f) der elektrische Kontakt zwischen Elektrodengitter und Aktivmasse muß möglichst gut sein,

g) die elektrische Stromleitung zwischen Elektrodengitter und Stromleitfahne muß möglichst gut sein,

h) es dürfen keine Stoffe freigesetzt werden, welche die elektrochemischen Reaktionen der Stromspeicherung beeinträchtigen oder unerwünschte Nebenreaktionen hervorrufen könnten,

i) derartige Elektrodengitter müssen einfach und möglichst billig herstellbar sein,

k) die Strombelastung der im Elektrodengitter festgehaltenen Aktivmasse soll möglichst gleichmäßig sein und nicht im Bereich der Stromleitfahne erheblich zunehmen.

Bei bekannten Elektrodengittern ist zumeist eine rechteckige gleichmäßige Anordnung der einzelnen Elemente eines Elektrodengitters vorgesehen. Der Strom muß dadurch stets in rechten Winkeln abgeleitet, werden, die Stromwege sind bis zum Y2--fachen länger, somit auch der ohmsche Widerstand eines derartigen Elektrodengitters. In der Nähe der Stromleitfahne nehmen die tranportierten Ströme ganz erheblich zu, was eine ungünstige Belastung des Elektrodengitters und der dort festgehaltenen Aktivmassen bedeutete.

Es wurde auch bereits versucht, den ohmschen Widerstand eines herkömmlichen rechteckigen Elektodengitters mit einer Vielzahl senkrecht aufeinanderstehender Stege dadurch zu verbessern, daß man die in einer Richtung parallel zueinander verlaufenden Stege in gewissem Maße strahlenförmig auf die Stromleitfahne hin ausrichtete. Auf diese Weise wurden jedoch die einzelnen Elemente der Aktivmassen in Bereichen fern der Stromleitfahne vergrößert, so daß der ohmsche Widerstand in diesen Bereichen sogar noch zunahm. Die Verringerung des ohmschen Widerstandes war deswegen kaum nennenswert, da keine Ausrichtung der einzelnen Elemente auf die Stromleitfahne

hin erfolgte, sondern lediglich eine gewisse geringfügige Ausrichtung der einen Parallelanordnung von Elektrodengitterstäben.

Es wurde auch bereits versucht, den im Bereich der Stromleitfahne auftretenden erhöhten Strom durch Verstärkung der Gitterstäbe und ggf. auch des Rahmens im Bereich der

Stromleitfahne zu berücksichtigen. Dies hatte jedoch weder auf eine gleichmäßigere Stromverteilung noch auf eine gleichmäßigere Strombelastung der einzelnen Bereiche des Elektrodengitters einen positiven Einfluß. Durch die viereckige Struktur eines derartigen Elektrodengitters wurde viel Material verbraucht, wobei die sehr langen Stromwege verhältnismäßig dicke Querschnitte erforderlich machten, um einen bestimmten niedrigen ohmsGhen Widerstand zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrodengitter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß die Stromableitung günstiger und damit der ohmsohe Widerstand innerhalb des Elektrodengitters niedriger wird, daß eine gleichmäßigere Strombelastung der Aktivmassen erreicht und gleichzeitig der Materialverbrauch reduziert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Das Elektrodengitter gemäß dem Erfindungsgegenstand besteht aus einer Waben- oder Polygonstruktur mit einer Vielzahl im wesentlichen gleicher, längsgestreckter, schrägwinkliger, vier- und vieleckiger regelmäßiger Waben, deren Längsachse im wesentlichen auf die Stromleitfahne ausgerichtet ist.

Dadurch erhält ,man eine bevorzugte elektrische Richtung

der Stromleitung in Richtung auf die Stromleitfahne zu. Da die Wabenstruktur aus im wesentlichen gleichen und verhältnismäßig kleinen Waben besteht, die sich über das ganze Elektrodengitter verteilen, erhält man dadurch eine gleichmäßige Strombelastung der in den einzelnen Waben festgehaltenen Aktivmassen.

Durch die längsgestreckte schrägwinklige Form erhält man die bevorzugte Stromleitrichtung zur Stromleitfahne hin.

Nach einem Ausführungsbeispiel weisen die einzelnen Waben die Form eines Sechseckes auf, insbesondere eines gleichseitigen Sechseckes, wobei die Spitzen auf die Stromleitfahne ausgerichtet sind. Das Verhältnis zwischen Spitze-Spitze zur Breite dieser Sechsecke liegt vorzugsweise zwischen 1:1,5 und 1:4.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel können die Waben die Form von Parallelogrammen haben, beispielsweise die Form von Rauten mit Diagonalverhältnissen von 1:2 bis 1:8.

Die Waben können jedoch auch die Form von Parallelogrammen mit unterschiedlichen Seitenlängen haben, beispielsweise zwischen 1:2 und 1:6, wobei die sich gegenüberliegenden spitzen Winkel etwa zwischen 22,5° und 60° liegen.

Vorteilhafterweise ist die Wabenstruktur in mehrere Zonen eingeteilt, damit sich eine lückenlose Wabenstruktur innerhalb eines rechteckigen Elektrodengitters ergibt. Die Längsachsen der einzelnen Waben innerhalb einer Zone sind dabei parallel zueinander und teilweise auch achsengleich zueinander.

Die Wabenstruktur kann einen oder mehrere , vorzugsweise geradlinige Hauptleiter aufweisen, die sich innerhalb der Wabenstruktur diagonal zur Stromleitfahne hin erstrecken und die Wabenstrukt ir in etwa gleiche Winkel- ndr.r Flächenbereiche

unterteilen. An die Hauptleiter angrenzende Wabenwände sind dabei mit den Hauptleitern elektrisch leitend verbunden oder fallen direkt mit diesen zusammen. Zweckmäßigerweise verlaufen die Hauptleiter entlang den Grenzen der mehreren oben angeführten Zonen, innerhalb derer die Längsachsen der einzelnen Waben parallel zueinander sind.

In einer besonderen Ausführungsform nimmt der Querschnitt der Hauptleiter zu der Stromleitfahne proportional zur Quadratwurzel der Stromstärke zu. Auf diese Weise werden in Hinblick auf die gestellte Aufgabe günstigere Ergebnisse gegenüber den üblicherweise bisher verwendeten Verfahren erzielt, bei d^nen der Leitungsquerschnitt linear mit der vorhandenen Stromstärke zunahm. Es ergab sich ein optimales Verhältnis zwischen Leitermasse und Leitwert.

Nach einem weitern Ausführungsbeispiel, bei dem nur ein Hauptleiter vorhanden ist, werden an diesem Hauptleiter zusätzliche Nebenleiter, vorzugsweise geradlinig, regelmäßig und parallel zueinander angeordnet. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Abstand jeder Wabe des Elektrodengitters zum benachbarten Nebenleiter erzielt. Auf diese Weise wird eine absolut gleichmäßige Belastung der eireelnen Aktivmassen des Elektrodengitters erzielt.,

Zweckmäßigerweise gehen die Nebenleiter senkrecht in gleichen Abständen von den zwei Rahmen aus, welche der Stromleitfahne nicht benachbart sind. Die Nebenleiter treffen auf den Hauptleiter auf und sind mit diesem in elektrisch gutem Kontakt verbunden. Die Anordnung dieser Nebenleiter zum Hauptleiter erfolgt damit so, daß auch die dadurch gebildeten Spitzen im wesentlichen auf die Stromleitfahne ausgerichtet sind. Ebenso wie der Hauptleiter können sich auch die Nebenleiter proportional zur Quadratwurzel in Richtung zur Stromleitfahne hin in ihrem Querschnitt vergrößern. Das gleiche gilt für die der

Stromleitfahne benachbarten zwei, in rechtem Winkel zueinander stehenden Rahmen der Bleielektrode. Diese Struktur ist besonders leicht herstellbar. Dasselbe gilt für die einzelnen parallelogrammfÖrmigen Waben mit unterschiedlichen Parallelogrammseiten, wobei in gleichen Abständen Verbindungsstäbe parallel zum Hauptleiter gezogen werden. Die Schmalseiten jeder dieser Waben werden durch benachbarte Nebenleiter bzw. durch einen Nebenleiter und den benachbarten Rand gebildet. Es muß dabei allerdings in Kauf genommen werden, daß die Ausrichtung der Spitzen der einzelnen parallelogrammförmigen Waben nicht so genau zur Stromleitfahne erfolgt, wie bei den beiden eben beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Allgemein ist die Wabenstruktur einschließlich Querschnittsverlauf von Hauptleitern, Nebenleitern und den beiden der Stromleitfahne benachbarten Rahmen so ausgebildet, daß die Strombelastung der Aktivmasse im ganzen Elektrodengitterbereich im wesentlichen gleich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Elektrodengitter mit längsgestreckten regelmäßigen Sechsecken,

Fig, 2 eine Wabenstruktur mit rautenförmigen Viaben,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Elektrodengitters.

Fig. 1 zeigt ein Elektrodengitter 1 mit längsgestreckten regelmäßigen Sechsecken 7, deren Spitzen 46 zur Stromleitfahne 4 hin ausgerichtet sind. Die Verbindungsachse zwischen den Spitzen der einzelnen Waben, die mit 10, und 12 bezeichnet sind, sind somit ebenfalls zur Stromleitfahne hin ausgerichtet.

Aus Fig. 1 geht weiterhin hervor, daß die Wabenstruktur des Elektrodengitters 1 in mehrere Zonen 19, 20, 21 und 22 eingeteilt ist, bei denen die Achsen oder Diagonalen Spitze-Spitze parallel zueinander und teilweise achsengleich zueinander stehen. Die gleichseitige Ausbildung der sechseckigen Waben 7 ermöglicht eine lückenlose Ausbildung des Wabenmusters und insbesondere den lückenlosen Übergang von einer Zone in die andere, wobei eine Seite der Spitze einer Zone mit einer Breitseite der benachbarten Waben der anderen Zone verbunden bzw. einstückig ausgebildet ist.

Fig. 2 zeigt eine Wabenstruktur mit rautenförmigen Waben 8, bei denen ebenfalls sämtliche Seiten gleich sind. Die Verbindungsachsen Spitze-Spitze der einzelnen Waben 8, die mit T3, 14 und 15 bezeichnet sind, zeigen wiederum zur Stromleitfahne 5. Die einzelnen Zonen 23, 24, 25, 26, 27 und 28 sind durch sogenannte

Hauptleiter 31, 32, 33, 34 und 35 miteinander verbunden. Diese Hauptleiter leiten etwa 5Ox stärker den Strom als dies innerhalb der Aktivmassen selbst der Fall ist. Die Hauptleiter erstrecken sich sternfömig zur Stromleitfahne 5 hin. Auf diese Weise ist es möglich, auch den in entfernten Bereichen der Aktivmassen fließenden Strom mit minimalem Widerstand zur Stromleitfahne 5 abzuführen. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Strombelastung der Aktivmassen und gleichzeitg ein geringerer Ohm¹scher Widerstand erzielt, werden. Das Elektrodengitter selbst ist in Fig. 2 allgemein mit 2 bezeichnet. ι

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Elektrodengitters 3 mit einer Stromleitfahne 6 dargestellt. Ein einziger Hauptleiter 30 durchzieht den Rahmen 42, 43, 44 und 45 dieses Elektrodengitters 3 etwa in einem Winkel vom 45°, ausgehend von der Stromleitfahne 6. Dieses Elektrodengitter hat nur zwei Zonen 29, 47, wobei sämtliche Verbindungslinien Spitze-Spitze 16 und 17 der einzelnen parallelogrammförmigen Waben 9 zueinander parallel und vielfach achsengleich sind. Von den der Stromleitfahne 6 nicht benachbarten Rahmen 43 und 44 gehen in regelmäßigen Abständen parallel zum senkrecht darauf stehenden Rahmen 42 bzw. 45 sogen. Nebenleiter 36, 37, 38 etc. aus, die auf den Hauptleiter 30 auftreffen und mit diesem in gutem elektrischen Kontakt verbunden sind. Diese Nebenleiter 36, 37, 38 etc. bilden jeweils eine Schmalseite der parallelogrammförmigen Waben 9 des Elektrodengitters 3, wobei die beiden Flachseiten einer Wabe 39 mit 40 und 41 bezeichnet sind. An den Rändern des Elektrodengitters übernehmen die Rahmen 42, 44 und 45 die Funktion eines Nebenleiters.

Vorzugsweise sind sowohl die der Stromleitfahne 6 benachbarten Rahmen 42 und 45, als auch der Hauptleiter 30 und die Nebenleiter 36, 37 usw. in Richtung auf die Stromleitfahne 6 proportional zur Quadratwurzel des dort fließenden Stromes erweitert.

Die langen Seitenwände der parallelogrammförmigen Waben 9 des Elektrodengitters 3 werden durch entsprechende Verbindungsstäbe angelegt, welche sich parallel in gleichen Abständen zum Hauptleiter 30 erstrecken.

Zwischen Hauptleiter 30 und den einzelnen Nebenleitern 36, 37, 38 etc. ergeben sich im übrigen ebenfalls spitze Winkel im Hinblick auf eine günstige Stromableitung zur Stromleitfahne 6.

Das Elektrodengitter 3 gemäß Fig. 3 ist verhältnismäßig

einfach in der Herstellung, mechanisch robust, und es weist besonders günstige Verhältnisse bezüglich einer gleichmäßigen Strombelastung der Aktivmassen, unabhängig von der Nähe zur Stromleitfahne 6 auf. Der gewisse Nachteil, daß die Ausrichtung der Spitzen der einzelnen Waben 9 zur Stromleitfahne 6 nicht so optimal wie bei den anderen Ausfuhrungsbeipielen verläuft, kann somit in Kauf genommen werden.

Sämtliche Elektrodengitter gemäß Fig. 1 bis 3 können in einem Guß hergestellt werden, wobei der Materialverbrauch sehr niedrig gehalten werden kann. Als Material für eine derartige Elektrodenplatte können beliebige Materialien verwendet werden, bevorzugt wird eine antimonfreie Bleilegierung.

Claims

*: £atentb~üro- -"- -"

EDUARD BAUMAMh

Diplom-Physiker

Deutscher Patentanwalt

European Patent Attorney

Poienlbüfo Eduard Boumann Postloch 12Ol D-βΟΙΙ Hohenkitchen/München

0-8O11 Höhenkirchen/München, Germany

Arcumulatorenfabrik Telefon O8102/4108

AccumuiatorentaDrik Teletex 262-81O28Obaupot

Sonnenschein GmbH Telex 17 81O28Obaupat

(Achtung NachTextdurchgobe4mai.'"Taste Jr-^-.:ken')
Thier 23. Γ ten (Attenüon Aitet finishing you· text push dew Λ *imes me' -' »ö, .

Postscheckamt München Kto -Nr. 196048-8O4 (BLZ 7OO lOO 8O) Raiifeisenbank Höhenkirchen Kto.-Nr. 32 OOO (BLZ 7Ol 694 02)

Büdingen (Hess.) 1 Datum,

Date, _{15> Sept>
1982 Bm/pe}

Uns. Zeich, sonnen 049 Ihr Zeich.-

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Elektrodengitter für Akkumulatoren PATENTANSPRÜCHE

/ IJ Elektrodengitter (1; 2; 3) für Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren, zur Aufnahme der Aktivmassen, mit einer Stromleitfahne (4; 5; 6),

gekennzeichnet durch eine Wabenstruktur aus einer Vielzahl im wesentlichen gleicher, längsgestreckter, schrägwinkliger, vier- oder vieleckiger regelmäßiger Waben (7, 8, 9), deren Längsachsen (10, 11, 12; 13, 14, 15; 16, 17, 18) und Spitzen (46, ...) im wesentlichen auf die Stromleitfahne (4, 5, 6) ausgerichtet oder wenigstens dazu geneigt sind, wobei in diesem Falle die Längsachsen der Waben auf mit einem Strom-Hauptleiter (30) verbundene Nebenleiter (36, 37, 38...) ausgerichtet sind.
2. Elektrodengitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben (7) regelmäßige Sechsecke, insbesondere gleichseitige Sechsecke sind, deren Spitzen zur Stromleitfahne (4) ausgerichtet sind, und deren Verhältnis Spitze-Spitze zu Breite etwa 1:1,5 'bis 1:4 beträgt.
3. Elektrodengitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben (8; 9) Parallelogramme sind.
4. Elektrodengitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Waben (8) Rauten sind, deren Spitzen auf die Stromleitfahne (5) ausgerichtet sind, wobei vorzugsweise Diagonalverhältnisse zwischen 1:2 bis 1:8 vorgesehen sind.
5. 'Elektrodengitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Seitenverhältnis der Waben (9) zwischen etwa 1:2 bis 1:6 liegt, wobei der spitze Winkel zwischen benachbarten Seiten zwischen 22,5° und 60° liegt.
6. Elektrodengitter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur in mehrere Zonen (19-22; 23-28; 29) eingeteilt ist, in denen die Längsachsen einzelner Waben (7; 8; 9) parallel zueinander und teilweise achsengleich zueinander verlaufen.
7. Elektrodengitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d-adurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur einen (30) oder mehrere (31-35), vorzugsweise geradlinige Hauptleiter aufweist, die sich inner- . halb der Wabenstruktur diagonal zur Stromleitfahne (6; 5) hin erstrecken und die Wabenstruktur in etwa gleiche Winkelbereiche unterteilen, wobei die an die Hauptleiter angrenzenden Wabenwände mit den Hauptleitern elektrisch verbunden sind oder mit diesen zusammenfallen.
8. Elektrodengitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Hauptleiter (31-35) an den Grenzen der mehreren Zonen (23-28) verlaufen.
9. ■ Elektrodengitter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der

Querschnitt der Hauptleiter (30; 31-35) zur Stromleitfahne (6; 5) proportional zur Quadratqurzel der Stromstärke zunimmt.
10. Elektrodengitter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Hauptleiter (30) von jeder Seite her vorzugsweise geradlinige, regelmäßig und parallel zueinander angeordnete Nebenleiter (36-38) verbunden sind, derart, daß die Schmalseiten (40, 41) jeder Wabe (16, 17, 39) durch diese Nebenleiter (36-38) bzw. durch die Rahmen (42-45) des Elektrodengitters (1) gebildet werden.
11. Elektrodengitter nach Anspruch 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnitte der Nebenleiter (36-38) und derjenigen Rahmen (42, 45), die der Stromleitfahne (6) benachbart sind, zur Stromleitfahne hin proportional zur Quadratwurzel der übertragenen Stromstärke vergrößern.
12. Elektrodengitter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Waben innerhalb der Wabenstruktur und/oder die. Querschnittserhöhung von Hauptleiter (30; 31-35), Nebenleiter (36-38) und von der Stromleitfahne (4; 5; 6) benachbarten Rahmen (42, 45) derart ausgelegt ist, daß die Strombelastung für die Aktivmassen in jedem Bereich etwa die gleiche ist , daß insbesondere die Größe der Waben mit der Entfernung abnimmt.