DE3436115A1

DE3436115A1 - Gasdichte blei-akkumulatorzelle

Info

Publication number: DE3436115A1
Application number: DE19843436115
Authority: DE
Inventors: Masashi Kyoto Iwata
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1986-04-03
Anticipated expiration: 2004-10-03
Also published as: US4584248A; GB2165391A; GB8424937D0; GB2165391B; DE3436115C2

Description

Versiegelte Blei-Säure-Akkumulatorzelle

Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitsventil für die Verwendung bei einer versiegelten Blei-Säure-Akkumulatorzelle, und speziell auf ein Sicherheitsventil mit verlängerter Lebensdauer und verbessertem Explosionsschutz.

Zwei Arten versiegelter Blei-Säure-Akkumulatorzellen sind bekannt: Die eine verwendet einen Katalysatorstöpsel, die andere verwendet eine negative Elektrode, um Sauerstoff aufzunehmen, der sich im Ladebetrieb entwickelt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die zweite Art versiegelter Blei-Säure-Akkumulatorzellen.

Die zweite Art solcher versiegelter Akkumulatorzellen hat viele Vorteile: Während der Lebensdauer der Zelle braucht kein Wasser nachgefüllt zu werden, es geht kein Elektrolyt verloren, die Zelle kann in jeder Position (unabhängig von der Lage) verwendet werden und es besteht keine Notwendigkeit, Entladungen gelegentlich auszugleichen. Wegen dieser Wartungsfreiheit finden solche versiegelten Blei-Säure-Akkumulatorzellen, die Sauerstoff durch die negative Platte absorbieren, vielfältig Anwendung in tragbaren Videorecordern, tragbaren Fernsehgeräten, als Notstromversorgungsquellen und als tragbare Stromquellen.

Die Blei-Säure-Akkumulatorzelle, auf die die Erfindung Bezug nimmt, ist elektrolyt-dicht durch Verwendung der negativen Elektrode zur Absorbierung von Sauerstoff, der sich während des Ladezyklus entwickelt hat. Der Druck in der Zelle ist daher geringer als der Atmosphärendruck, wobei die Differenz dem Sauerstoffpartialdruck entspricht. Diese Art von Zelle ist mit einem Sicherheitsventil ausgerü-

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stet, die es verhindert, daß atmosphärischer Sauerstoff in

die Zelle gelangt. Außerdem schützt das Sicherheitsventil die Zelle gegen einen abnorm hohen Innendruck. Das Sicherheitsventil einer solchen Zelle besteht üblicherweise aus 5
Gummi. Damit ein solches Ventil ordnungsgemäß arbeitet, ist es notwendig, daß das Gummiventil bei vorbestimmten Drücken öffnet und schließt. Mit anderen Worten, ein beschädigtes Gummiventil ruft erheblichen nachteiligen Einfluß auf das Betriebsverhalten der Zelle hervor. Wenn beispielsweise

das Gummiventil an seinem Ventilsitz klebt, dann steigt der Öffnungsdruck des Ventiles an, wodurch sich die Zelle ausbauchen kann. Wenn der Schließdruck des Ventiles abfällt, dann kann atmosphärischer Sauerstoff in die Zelle

eintreten und ihre Kapazität vermindern. 15

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine abgeschlossene Blei-Säure-Akkumulatorzelle anzugeben, die mit einem Sicherheitsgummiventil ausgerüstet ist, dessen Öffnungs- und Schließdrücke über die gesamte Zellenlebens-

dauer konstant bleiben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Ölvorrat dem Gummiventil von einem porösen Element bereitgehalten wird, das mit dem Öl imprägniert ist und das um oder unter dem Ventil angeordnet ist. Alternativ kann das Gummiventil in eine flüssige Substanz eingetaucht sein, die eine oxidative Zerstörung des Gummis verhindert. Als eine dritte Ausführungsform können zwei oder mehr Gummiventile in Serie so miteinander verbunden sein, daß das Ventil,

das dichter an der Akkumulatorzelle liegt, bei einem höheren Druck öffnet, während das von der Akkumulatorzelle weiter weg liegende Ventil bei einem niedrigeren Druck öffnet. Das Gummiventil, das weiter weg von der Akkumulatorzelle liegt, hat eine relativ kleine Dehnungsfestigkeit und erfährt nur ein geringes Maß plastischer Deformation. Die Lebensdauer eines solchen Gummiventils ist darüberhinaus gesteigert, da die Wahrscheinlichkeit vermindert ist, daß

es in direkte Berührung mit Schwefelsäuredämpfen kommt.

Dies sind gegenwärtige Bestrebungen für den Einsatz versiegelter Blei-Säure-Akkumulatorzellen in komplizierte elek-5

tronische Geräte und für die Verwendung von Zellen größerer Abmessungen. Dies erfordert höchste Sorgfalt zum Schutz der Zellen gegen Explosion. Tatsächlich sind aber die gegenwärtig im Handel erhältlichen versiegelten Blei-Säure-Akkumulatorzellen noch nicht vollständig gegen Explosion geschützt. Wenn die Konstanzspannungsaufladung der Zelle normal ist, dann ist das vorherrschende Gas, das sich in der Zelle entwickelt, Wasserstoff, und die Anwesenheit von Sauerstoff, die eine Explosion hervorrufen könnte, ist vernachlässigbar. Wenn jedoch die Zelle überladen wird mit 15

einer Rate, die die Fähigkeiten der negativen Elektrode, entwickelten Sauerstoff aufzunehmen, übersteigt, oder wenn der Batterielader fehlerhaft ist und die Zelle mit einem zu starken Strom aufgeladen wird, dann entwickelt sich eine große Sauerstoffmenge in der Zelle, die einen starken

Druckanstieg in der Zelle hervorruft. Das Sicherheitsventil öffnet und das volumetrische Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff in der Zelle wird 2:1. Wenn dann ein Funken in der Nachbarschaft der Zelle auftritt, entsteht eine heftige Knallgasreaktion.

Es ist daher sehr bedeutsam, einen Explosionsschutz um das Sicherheitsventil, aus dem Sauerstoff entweicht, bereitzustellen. Gummi, aus dem das Sicherheitsventil besteht, verliert jedoch im Laufe der Zeit seine erwünschten Eigen-

schäften. Eine andere Ursache für die Zerstörung des Gummis sind Elektrolytspritzer. Wenn das Gummi zerstört ist, dann schließt das Sicherheitsventil nicht mehr ausreichend, um die Bildung von Bleisulfat an der negativen Elektrode zu verhindern. Wenn dies auftritt, dann entlädt sich die

Zelle selbst und ihre Kapazität nimmt ab. Die Lebensdauer der Zelle mit zerstörtem Gummiventil läßt sich durch Ersatz durch ein neues Ventil steigern.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine versiegelte Blei-Säure-Akkumulatorzelle anzugeben, die explosionssicher ist und eine verlängerte Lebensdauer aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man

die Entlüftungsöffnung mit einem abnehmbaren explosionsverhindernden Filter versieht, das das Gummiventil abdeckt. Das Filter macht die Zelle explosionssicher und verlängert seine Lebensdauer, weil es den einfachen Ventilaustausch

ermöglicht.
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Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 verschiedene Ausführungsformen von Ventilen, bei denen ein poröses Element, das mit einer flüssigen Substanz, wie Öl imprägniert ist, um das Gummiventil herum angeordnet ist;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Kapazität einer versiegelten Blei-Säure-Akkumulatorzelle mit und ohne erfindungsgemäßen Merkmalen über der Zeit;

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Ventils, wobei das Gummiventil vollständig in eine flüssige Substanz, wie beispielsweise Öl eingetaucht ist;

Fig. 4 eine Ausführungsform eines Ventils, bei dem

^u zwei Gummiventile in Serie hintereinander geschaltet sind, und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Gummiventils,

das in Kombination mit einem explosionsverhin- °° dernden Filter eingesetzt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein poröses, mit Öl

imprägniertes Element um das oder unterhalb dem Gummiventil angeordnet. Verschiedene Gestaltungen für die Anbringung des porösen Elements sind in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 1(A) ist das Gummiventil mit 1 bezeichnet und von dem öl-imprägnierten porösen Element 2 umgeben. In Fig. 1(B) ist das poröse Element 2 unterhalb des Gummiventils 1 angeordnet. In Fig. 1(C) ist das poröse Element 2 unter dem Gummiventil angeordnet und ist von einem Kragen 4 umgeben, der verhindert, daß das Öl wegfließt. In Fig. 1(D) ist das

poröse Element 2 vollständig von dem Gummiventil 1 und dem Ventilsitz 2 eingeschlossen, so daß das Öl daraus nicht · verdampfen kann.

Das poröse Element 2, das mit Öl imprägniert werden soll,

kann aus jedem Material bestehen, das offene Zellen hat. Beispielsweise kommen hierfür Polyäthylenschaum, Polypropylenschaum, Polyurethanschaum oder Sintertonerde und gesintertes Kupfer in Betracht.

Zwei versiegelte Blei-Säure-Akkumulatoren mit einer Kapazität von 40 Ah und einer Spannung von 12 V wurden hergestellt. Die eine verwendete ein öl-imprägniertes poröses Element, das vollständig von dem Gummiventil umschlossen war, wie es in Fig. 1(D) dargestellt ist. Die andere war konventioneller Art und verwendete kein öl-imprägniertes poröses Element. Die zwei Zellen wurden einem beschleunigten Lebensdauertest unter Dauerladung mit 2,25 V pro Zelle unterzogen. Die Veränderung der Zellenkapazität über der Zeit ist in Fig. 2 aufgetragen, wobei die Zellenkapazität

als Prozentsatz der ursprünglichen Kapazität aufgetragen ist. Die Kapazität der Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung fing erst nach Beginn des achten LebensdauerJahres an, abzufallen. Dies rührte einfach daher, daß das Bleilegierungsgitter als positive Platte sehr stark bis zu dem Punkt ° korrodiert war, wo der Aufbau anfing, zusammenzubrechen und als Elektrodenplatte nicht mehr verwendbar war. Es ist erstaunlich genug, daß das Gummiventil noch immer bei den

vorbestimmten Schließ- und Öffnungsdrücken arbeitete. Die Zerstörung des Gummis konnte aus zwei vermuteten Gründen verhindert werden: Das öl, mit dem das poröse Element getränkt war, drang allmählich in die Mikroporen des Gummis 5
ein und schützte es gegen Zerstörung durch atmosphärischen Sauerstoff, und ein dünner Ölfilm, der sich auf der Gummioberfläche ausbildete, bildete eine Schutzschicht gegen den Angriff von Schwefelsäuredämpfen, die sich im Ladezyklus

bilden. Im Gegensatz dazu zeigte die konventionelle Zelle 10

einen bemerkenswerten Kapazitätsabfall schon zwischen dem zweiten und dem vierten Jahr. Dies rührte daher, daß das Gummi so weit zerstört war, daß ein ordnungsgemäßer Verschluß des Ventiles unmöglich war und als Folge davon atmosphärischer Sauerstoff in die Zelle eindrang und zur FoI-

ge hatte, daß die negative Elektrode sich in Bleisulfat umwandelte, wodurch möglicherweise der Kapazitätsabfall hervorgerufen wurde.

Aus den oben gezeigten Versuchsdaten kann man auch entneh-

men, daß die Zerstörung des Gummiventils ein Eintauchen in Öl verhindern kann. Wie Fig. 3 zeigt, kann das Gummiventil 1 vollständig in Öl 2 eingetaucht sein und von der Atmosphäre isoliert werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Öl innerhalb eines Ventilsitzes 4

enthalten, der Teil eines Deckels 3 bildet.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei oder mehr Gummiventile in Serie hintereinander angeordnet. In Fig. 4 sind zwei Gummiventile 1 und 2

in Serie miteinander verbunden. Das Gummiventil 1 ist dichter an der Zelle angeordnet und in einen Ventilsitz 3 eingepaßt, während das Ventil 2 weiter entfernt von der Zelle angeordnet und auf einen Ventilsitz 4 geklemmt ist. Die zwei Ventile sind so dimensioniert, daß sie beispielsweise bei 0,3 kg/cm bzw. 0,1 kg/cm öffnen.

Ein versiegelter Blei-Säure-Akkumulator (Kapazität 40 Ah, Spannung 12 V) wurde gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt und einem beschleunigten Lebensdauertest unter Dauerladung mit 2,25 V pro Zelle unterworfen. Die zeitabhängige Veränderung des Ventilöffnungsdrucks für jedes Gummiventil wurde untersucht und in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgetragen.

Tabelle 1

	Vergangene Jahre	ρ Ventilöffnungsdruck (kg/cm )	Ventil 2
15	1	Ventil 1	0,1
	2	0,3	0,1
	3	0,2	0,1
20	5	0	0,1
	7	0	0,1
	10	0	0
0

Der Öffnungsdruck von Ventil 1, das dichter an dem Akkumulator angeordnet war, als das Ventil 2, fiel innerhalb von etwa 3 Jahren auf 0 ab, wobei die Hauptgründe ein extensiver Niederschlag von Schwefelsäuredämpfen und eine große Zugbelastung am Ventil waren. Das Gummiventil 2 blieb hingegen über 10 Jahre brauchbar.

Ein weiterer Vorteil bei der Anordnung nach Fig. 4 besteht darin, daß sie einen einfachen Austausch des Gummiventils 2 erlaubt, weil keine Luft in die Zelle eindringt, wenn man das Ventil abnimmt. Mit anderen Worten, die Konstruktion nach Fig. 4 ist zur Verlängerung der Lebensdauer des

Ventilsystems und daher der Zelle eine sehr gute Lösung.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gummiventil in Kombination 5
mit einem explosionsverhütenden Filter verwendet wird. Wie Fig. 5 zeigt, ist ein kappenförmiges Gummiventil 1 über ein tubusförmiges Ventil 3 gestülpt, das von einem Deckel 2 hochsteht. Über dem Gummiventil 1 ist ein explosionsverhinderndes Filter 4 angeordnet, das luftdicht an einem tubus-

förmigen Filterhalter 5 mit Hilfe eines Klebstoffs angebracht ist. Der Filter 4 ist so angeordnet, daß er die Öffnung oben am Filterhalter 5, die groß genug ist, um das Ventil 1 und den Ventilsitz 3 zu umgeben, abdeckt. Der Deckel 2 ist mit einer vorstehenden Wand 6 versehen, die

der Befestigung des Filterhalters 5 dient. Die Wand 6 ist mit einem Außengewinde versehen, das in ein Innengewinde eingreift, das im Filterhalter 5 ausgebildet ist, wodurch der Filter 4 sehr einfach an der Zelle angebracht oder davon entfernt werden kann. Eine Dichtung 7 ist zwischen den

Filterhalter 5 und den Deckel 2 eingefügt, um einen luftdichten Abschluß des von dem Filter 4 und dem Filterhalter 5 umschlossenen Raumes zu gewährleisten. Wenn in der gezeigten Ausführungsform der Filterhalter 5 an der Wand 6 befestigt ist, dann liegt das Gummiventil 1 unterhalb des

Filters 4, der die Oberseite des Ventils 1 nach unten drückt, so daß sich dieses nicht von dem Ventilsitz 3 löst. Wenn bei der Ausführungsform nach Fig. 5 der Druck in der Zelle als Folge eines Ladevorgangs steigt, dann bewirkt das entwickelte Gas, daß das Gummiventil 1 sich ausdehnt und

das Gas durch das Filter 4 entweicht. Dies schafft einen vollständigen Schutz gegen Explosion, die an der Entlüftungsöffnung entstehen könnte. Ein zerstörtes Gummiventil 1 kann sehr leicht durch Entfernen des Filterhalters 4 von der Wand 6 ausgetauscht werden, wodurch die Lebensdauer der Zelle verlängert werden kann.

1 Wie die vorangegangene Beschreibung zeigt, verlängert die vorliegende Erfindung die Lebensdauer einer versiegelten Blei-Säure-Akkumulatorzelle und bringt für den Ladezyklus

Sicherheit. Ein industrieller Vorteil der Erfindung beb

steht darin, daß sie den Einsatz versiegelter Blei-Säure-Akkumulatorzellen in Gebieten ermöglicht, wo hohe Produktionszuverlässigkeit gefordert wird.

Claims

Japan Storage Battery Company Limited No. 1, Inobaba-cho, Nishinosho, Kisshoin, Minami-.ku, Kyoto-shi, Kyoto, Japan 15 Versiegelte Blei-Säure-Akkumulatorzelle 20 Patentansprüche

1. Versiegelte Blei-Säure-Akkumulatorzelle der Art, bei der Sauerstoff von der negativen Elektrode absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein poröses 25 Element (2), das mit einer flüssigen Substanz imprägniert ist, innerhalb eines oder um ein Sicherheitsventil (1) herum angeordnet ist oder in Berührung mit dem Boden des Sicherheitsventils (1) steht.

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2. Versiegelte Blei-Säure-Akkumulatorzelle der Art, bei der Sauerstoff von der negativen Elektrode absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein Sicherheitsventil (1) in einer flüssigen Substanz eingetaucht ist.

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3. Versiegelte Blei-Säure-Akkumulatorzelle der Art, bei der Sauerstoff von der negativen Elektrode absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet , daß zwei oder mehr

Sicherheitsventile (1) aus Gummi oder einem ähnlichen Material in Serie hintereinander angeordnet sind.

H. Versiegelte Blei-Säure-Akkumulatorzelle der Art, bei der Sauerstoff von der negativen Elektrode absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Akkumulatorzelle einen abnehmbar befestigten explosionsverhindernden Filter (4) aufweist, in dessen Innern ein Sicherheits- ^q ventil (1) angeordnet ist.

5. Akkumulatorzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwei oder mehr Sicherheitsventile (1) in Serie hintereinander angeordnet sind.

6. Akkumulatorzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen abnehmbar befestigten explosionsverhindernden Filter (4) aufweist, in dessen Innern sich das Sicherheitsventil (1) befindet.

7. Akkumulatorzelle nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5,

dadurch gekennzeichnet , daß sie einen abnehmbar befestigten explosionsverhindernden Filter (4) aufweist, der im Innern wenigstens ein Sicherheitsventil (1) _o[- aufweist.