DE3436290A1

DE3436290A1 - Abgedichtete blei-saeure-batterie

Info

Publication number: DE3436290A1
Application number: DE19843436290
Authority: DE
Inventors: Masao Takatsuki Osaka Nakazawa; Shuuji Saitama Takahashi; Michio Kawagoe Saitama Yashima
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Yuasa Corp
Priority date: 1983-10-08
Filing date: 1984-10-03
Publication date: 1985-04-25
Also published as: DE3436290C2; US4576879A

Description

Die Erfindung betrifft eine abgedichtete Blei-Säure-Batterie
mit einem Entlüftungsventil, welches Gas an die Umgebung der Batterie abgibt, wenn der Druck in der Batterie einen vorbestimmten Wert erreicht.
In einer abgedichteten Blei-Säure-Batterie ist eine abgedichtete Kammer allgemein aus einem oben geöffneten Behälter und einem den oberen Teil des Behälters bedeckenden Deckel geformt; in der abgedichteten Kammer sind mehrere durch Trennwände unterteilte Zellenkammern geformt. Ein zusammengebautes Element, bei dem eine Vielzahl von positiven und negativen Platten und Separatoren übereinander angeordnet sind, ist in jede Zellenkammer eingesetzt,und an dem Deckel ist ein Ventil vorgesehen.
Bei dieser herkömmlichen abgedichteten Blei-Säure-Batterie sind jedoch der öffnungsdruck des Ventils, ein forcierbarer Druck der in die Zelle eingesetzten positiven und negativen PlaL-tengruppen und das Material sowie die Wanddicke des Behälters nicht angemessen. Überdies ergeben sich Nachteile wie zum Beispiel ein Ausbeulen des Behälters im Gebrauch, eine Verschlechterung der Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und eine Verschlechterung der Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befestigung des Deckels am Behälter, usw.
Angesichts der vorstehenden Nachteile ist es ein Ziel der Erfindung, eine ausgezeichnete abgedichtete Blei-Säure-Batterie dadurch zu schaffen, daß das Ausbeulen des Behälters im Gebrauch verhindert wird, daß ferner die Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen verbessert wird, und daß die Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befestigung des Deckels am Behälter verbessert werden.
Zur Erreichung dieses Ziels wird erfindungsgemäß eine abgedichtete Blei-Säure-Batterie geschaffen, die ein Entlüftungsventil aufweist, welches Gas an die Außenseite der Batterie abgibt, wenn der innere Gasdruck in der Batterie einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Ventilöffnungsdruck ist dabei auf 0,2 bis 0,4 kg/cm2 eingestellt, der forcierbare Druck der in die Zelle eingesetzten positiven und negativen Plattengruppen ist auf 35 bis 60 kg/dm2 eingestellt, als Material für den Behälter wird Füllmaterial enthaltendes Polypropylen verwendet, und die Seitenwanddicke des Behälters beträgt 2 bis 4 mm.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Figur 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Batterie; Figur 2 eine Draufsicht auf den Deckelkörper; Figur 3 und 4 Teilschnittansichten entlang der Linien III - III bzw. IV - IV der Figur 1; Figur 5 eine Rückansicht der Deckelplatte; Figur 6 eine schematische perspektivische Rückansicht des Deckelkörpers; Figur 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII - VII der Figur 2; Figur 8 eine schematische vertikale Seitenschnittansicht der erfindungsgemäßen Batterie; Figur 9 eine schematische seitliche Teilschnittansicht, in dem ein Zustand vor dem Einsetzen der zusammengebauten Elemente dargestellt ist; Figur 10 eine schematische Draufsicht des zusammengebauten Elements; Figur 11 eine schematische seitliche Teilschnittdraufsicht eines Behälters; Figur 12, 13 und 14 perspektivische Teilansichten des Dichtstopfens; und Figur 15 eine der Figur 3 entsprechende Darstellung mit eingesetztem Dichtstopfen.
Gemäß der Figur 1 ragen Batterieanschlüsse 2, 3 an zwei Ecken eines Deckels 1 aufwärts und im mittleren Teil der Abdeckung 1 ist ein Entlüftungsloch bzw. eine Abzugsöffnung 5 vorgesehen, die mit einer Deckplatte 4 abgedeckt ist. Überdies ist eine Aluminiumfolie 6 (als Beispiel eines Schutzschirms) an der oberen Cberfläche des Deckels 1 parallel zur Platte 4 befestigt. Wie in der Figur 2 zu sehen ist, welche einen Deckelkörper 7 zeigt, von dem die Deckelplatte 4 und die Folie 6 usw.
entfernt sind, sind vertikale Füllöffnungen 8 auf einer geraden Linie angeordnet und an einem Teil vorgesehen, der mit der Folie 6 (Figur 1) bedeckt ist. Ein mit der elliptischen Aluminiumfolie 6 zu verschmelzendes Schmelzbett 9 umgibt die Füllöffnungen 8 und ragt aus der Zeichenebene heraus etwas nach oben. Jede Füllöffnung 8 ist in der Mitte eines Schulterteils 10 angeordnet, dessen Durchmesser größer als der der Öffnung ist und die Schulterteile 10 sind seitlich jeweils über eine Ausnehmung 11 miteinander verbunden.
Wie in der Figur 3 gezeigt ist, welche eine Teilschnittansicht entlang der Linie III - III der Figur 1 darstellt, ist das obere Ende der Füllöffnung 8 über eine sich verjüngende Fläche 12 mit dem Schulterteil 10 verbunden und die Ausnehmung 11 ist tiefer als der Schulterteil 10 geformt. Die obere Stirnfläche des Schmelzbettes 9, das jede Füllöffnung 8 umgibt, ist auf der gleichen Höhe angeordnet und höher geformt als die umgebenden Teile. Die Folie 6 ist nur mit dem Schmelzbett 9 verschmolzen und daran befestigt. Die Folie 6 besteht aus einer Aluminiumfolie, deren untere Fläche mit einem thermoplastischen Harz beschichtet ist, und ist luftdicht durch Hochfrequenzheizen oder ähnliches mit dem Schmelzbett 9 verschmolzen bzw. verschweißt.
Wie Figur 4 zeigt, weist das Entlüftungsloch bzw. die Abzugsöffnung 5 in dessen Mitte einen zylindrischen Abschnitt 14 kleinen Durchmessers auf, der von der Bodenplatte 13 nach oben abragt, und eine gleichförmig in Umfangsrichtung -angeordnete bzw. verteilte Kerbe 15 ist am oberen Ende des Abschnitts 14 geringen Durchmessers vorgesehen. Eine Gummikappe 16 paßt auf den oberen Teil des Abschnitts 14 geringen Durchmessers, um den Abschnitt 14 geringen Durchmessers elastisch zu verschließen. Ein scheibenförmiger Filter 18, beispielsweise aus durchlässigem, porösem Keramikmaterial ist in den Schulterteil 17 eingepaßt und daran festgelegt, der an einem vertikal mittleren Teil des Loches 5 geformt ist. Wenn der innere Gasdruck der Batterie ansteigt, drückt das Gas im Innenraum die Gummikappe 16 durch den Abschnitt 14 geringen Durchmessers und die Kerbe 15 auf und tritt durch den Filter 18 hindurch, so daß es an die Umgebung der Batterie ausgestoßen wird. Der Druck zur Belüftung bzw. Öffnung des aus der Gurrmikappe 16 bestehenden Ventils ist auf 0,2 bis 0,4 kg/om2 eingestellt. Die Deckelplatte 4, welche das Loch 5 von der Oberseite her bedeckt, ist, wie in der Figur 5 gezeigt, eine rechteckige Harzplatte und weist an ihrer Rückseite einstückig zwei zentrale Positioniervorsprünge 19 und vier Schenkel 20 mit zwei Enden zur Verschweißung mit dem Deckel auf. Wenn die Platte 4 an der an der Oberfläche des Deckelkörpers 7 der Figur 4 geformten Ausnehmung 21 festgelegt ist, kann die Platte 4 dadurch einfach an ihrem Platz angeordnet werden, daß die Schenkel 20 durch Ultraschallschweißen oder ähnliches verschmolzen werden.
Das Bezugszeichen 23 der Figur 2 bezeichnet übrigens ein Loch, in das der Positioniervorsprung 19 paßt.
Wie aus der Figur 6 zu ersehen ist, weist die Rückseite des Deckelkörpers 7 einen etwa elliptischen Auslaßdurchgang 24 auf, der zur Verbindung mit jeder Zellenkammer (nachstehend beschrieben) ausgebildet ist, sowie ein in der Figur 7 gezeigtes Durchgangsformungselement 25, das an einem unteren Teil des Auslaßdurchgangs 24 angeordnet ist. Das Element 25 weist eine äußere Umfangskante mit der gleichen Gestalt wie der Durchgang 24 auf sowie ein Luftloch 26, das sich in jede Zellenkammer 28 öffnet, die in dem Behälter 30 durch Trennwände 27 unterteilt sind. Der Aufbau ist also mit einer gemeinsamen Auslaßeinheit ausgebildet, in welcher das in jeder Zellenkammer 28 gebildete Gas gemeinsam aus dem Entlüftungsloch 5 durch das Luftloch 26 und den Durchgang 24 abgelüftet wird.
Wie in der Figur 8 gezeigt, paßt der Deckel 1 auf den oberen Endabschnitt des Behälters 30 und ist an diesem durch Schmelzverbindung bzw. Schweißverbindung befestigt.
Der Behälter 30 besteht aus Polypropylen, welches 5 bis 20 % Füllmittel (tarc) enthält, und er weist eine Dicke der Seitenwand 30a von 2 bis 4 mm auf. Ein zusammengebautes Element 31 ist in die Zellenkammer 28 des Behälters 30 eingesetzt, und der forcierbare Druck der in die Zelle eingesetzten positiven und negativen Plattengruppen ist in die-2 sem Fall auf 35 bis 60 kg/dm eingestellt. Wie in Figur 9 gezeigt, ist das zusammengebaute Element 31 auf einer rechteckigen negativen Platte 32, einer rechteckigen positiven Platte 33 und einem rechteckigen Separator 34, der beispielsweise aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Mikroglasfasermatten besteht, gebildet. Die seitliche innere Größe W des Behälters 30 (Figur 8), die seitliche c Größe W der Platten 32,33 und die seitliche Größe W des p 5 Separators 34 genügen folgenden Beziehungen: 0.05 w L W - W Z 0.15 W P = c p 2 mm L w - Wc Z 3 mm = s Überdies sind Streifen 37, 38 einstückig mit Zapfen 35, 36 an einer oberen Seite jeder Platte 32,33 geformt. Der Abstand L von den unteren Stirnflächen 37a,38a der Streifen bzw. Bügel 37,38zu den oberen Endflächen 32a,33a der Schultern der Platten 32,33, die Höhe H der Platten 32,33 p und die über den Platten freiliegende Höhe 1 des Separators 34 genügen den folgenden Beziehungen: 0.1 Hp ' L z 0.25 H - p 1 <0.1 H P überdies ist die Porosität der Platten 32, 33 auf 50 % oder mehr eingestellt, so daß die folgende Beziehung gilt zwischen der Dicke T des zusammengebauten Elements 31, des gesamten Abstandes t zwischen der negativen Platte 32 und der positiven Platte 33, welche innerhalb der Dicke T aufgenommen sind: 0.15 T z t L 0.5 T Wenn man beispielsweise das zusammengebaute Element 31 gemäß der Figur 10 betrachtet, entsprechen die Dicke T und der gesamte Abstand t der Darstellung.
Nachstehend wird nun das Anwendungsverfahren beschrieben.
Die Batterie gemäß der Figur 1 ist nicht mit dem Elektrolyt gefüllt und die Füllöffnung 8 ist mittels der in Figur 3 gezeigten Aluminiumfolie 6 luftdicht verschlossen. Das Entlüftungsloch 5 ist durch Verschließen des Abschnitts 14 kleinen Durchmessers mit der Gummikappe 16 geschlossen. Der Innenraum der Batterie wird also im Zustand der Figur 1 gegenüber der Umgebung luftdicht gehalten, so daß die positiven und negativen Platten 32, 33 im Innenraum der Batterie gegen Oxidation geschützt sind.
Der Einfüllvorgang des Elektrolyten wird ausgeführt, wie nachstehend angegeben. Zuerst wird die Aluminiumfolie 6 der Figur 1 abgerissen, um die Einfüllöffnung 8 freizulegen. Dann wird der Elektrolyt unter Verwendung eines geeigneten Elektrolytbehälters durch die Einfüllöffnung 8 3 eingefüllt. Eine Füllgeschwindigkeit von 0,5 bis 2,0 cm /sec ist bevorzugt, da eine zu hohe Füllgeschwindigkeit ein Überfließen des Elektrolyten aus der Batterie und eine Verschlechterung der Batterieleistung gegenüber einem vorgeschriebenen Wert verursachen würde. Eine vertikale Austauschnut bzw. Hilfsnut 49 kann an der Trennwand 27 des Behälters 30 geformt sein, um die Eindringgeschwindigkeit zu beschleunigen. überdies beträgt die einzufüllende Elektrolytmenge vorzugsweise 95 bis 110 % des Porenvolumens des zusammengebauten Elements 31, damit das Gas absorbiert wird, das während der Ladezeit im Batterieinnenraum während des Gebrauchs erzeugt wird.
Nach Beendigung des Füllvorgangs des Elektrolyten, wird ein in der Figur 12 gezeigter Dichtstopfen 50 in die Einfüllöffnung 8 eingepaßt, um die Einfüllöffnung 8 hermetisch abzudichten, wie in der Figur 15 gezeigt.
Der Dichtstopfen 50 besteht aus Stopfenkörpern 51 in einer Zahl, die der Zahl der Füllöffnungen 8 (sechs in diesem Fall) entspricht, wobei diese Stopfenkörper einstückig über Verbindungsteile 52 miteinander verbunden sind. Die Figuren 13 und 14 zeigen weitere Ausführungsformen des Dichtstopfens 50.
Wenn während des Gebrauchs Gas erzeugt wird, dann steigt der Innendruck über den Einstelldruck hinaus an und das Gas tritt durch das Luftloch 26, den Entlüftungsdurchgang 24 und den Abschnitt 14 kleinen Durchmessers hindurch und drückt die Gummikappe 16 auf, so daß es an die Umgebung austritt. Das aus der Gummikappe 16 austretende Gas wird durch den Filter 18 ausgelassen.
Bei der Herstellung der Batterie werden der Behälter 30 und der Deckel 1 mittels eines Hitzeversiegelungssystems (einem Verfahren zur Verbindung mit Wärmeverschmelzung bzw. -verschweißung) luftdicht miteinander verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die abgedichtete Blei-Säure-Batterie gemäß der Erfindung mit dem Entlüftungsventil (beispielsweise dem Abschnitt 14 kleinen Durchmessers, der Gummikappe 16 usw.) ausgestattet, welches Gas aus der Batterie herausläßt, wenn der Druck in der Batterie einen vorbestimmten Wert erreicht; der Druck zur Öffnung des Ventils ist auf 0,2 bis 0,4 kg/cm2 eingestellt, während der forcierbare Druck des zusammengebauten Elements 31 auf 35 bis 60 kg/dm2 eingestellt ist. Als Material für den Behälter wird ein Füllmaterial enthaltendes Polypropylen verwendet, und die Seitenwanddicke 30a des Behälters beträgt 2 bis 4 mm, so daß die folgenden Wirkungen erwartet werden dürfen: (a) Es wird verhindert, daß sich der Behälter 30 im Gebrauch ausbeult, so daß Deformationen aufgrund eines Temperaturanstiegs und eines Anstiegs des Innendrucks, usw., während der Ladezeit vermieden werden können.
(b) Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Vibration: Der Behälter 30 weist eine ausreichende Festigkeit auf, der Druck des zusammengebauten Elements 31 ist hoch genug und es tritt kein Druckabfall aufgrund einer Ausbeulung des Behälters 30 auf, so daß er eine hohe Vibrationsbeständigkeit aufweist.
(c) Da der Behälter 30 eine ausreichende Festigkeit aufweist und nach dem Einsetzen des zusammengebauten Elements kein Ausbeulen auftritt, ist der Hitzeversiegelungsvorgang zur Befestigung des Behälters 30 am Deckel 1 einfach und die Verläßlichkeit und die Luftdichtigkeit an den abgedichteten Stellen sind verbessert.
(d) Der Druck zur Öffnung des Sicherheitsventils kann auf einen ausreichend hohen Wert eingestellt werden, so daß die Wirksamkeit der Verhinderung einer Verminderung des Elektrolyten erhöht werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf Anwendungen bei einer trockengeladenen abgedichteten Blei-Säure-Batterie beschränkt, bei der der Elektrolyt unmittelbar vor dem Einsatz eingefüllt wird, sondern kann in der gleichen Weise auch für eine herkömmliche abgedichtete Blei-Säure-Batterie eingesetzt werden, bei der beispielsweise der Elektrolyt bereits vorher beim Herstellungsvorgang eingefüllt wurde und die Batterie mit dem eingefüllten Elektrolyten versandt und verkauft wird.

Claims

ABGEDICHTETE BLEI-SÄURE-BATTERIE Patentansprüche 1. Abgedichtete Blei-Säure-Batterie mit einem Entlüftungsventil, welches inneres Gas aus der Batterie ausläßt, wenn ein innerer Gasdruck in der Batterie einen vorgeschriebenen Wert erreicht, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Ventilöffnungsdruck auf 0,2 bis 2 0,4 kg/cm2 eingestellt ist, daß ein forcierbarer Druck der positiven und negativen Plattengruppen auf 35 bis 2 60 kg/dm2 eingestellt ist, daß als Material für den Behälter ein Füllmaterial enthaltendes Polypropylen verwendet wird und daß die Seitenwanddicke des Behälters 2 bis 4 mm beträgt.
2. Batterie nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz#e i c h n e t, daß der Aufbau der Batterie als Mehrzellentyp gestaltet ist und daß das Entlüftungsventil in einem gemeinsamen Auslaßeinheitaufbau gestaltet ist, welcher mit jeder der Zellen verbunden ist.
3. Batterie nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß ein alle Zellen miteinander verbindender Auslaßdurchgang an der Rückseite eines Batteriedeckels vorgesehen ist, der mit dem Entlüftungsventil versehen ist, daß ein durchlaßbildendes Element an einem unteren Teil des Auslaßdurchgangs angeordnet ist und daß das durchlaßbildende Element ein Luftloch umfaßt, das sich in jede Zelle öffnet.
4. Batterie nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß ein Entlüftungsloch bzw. eine Abzugsöffnung in einem mittleren Teil des Deckels vorgesehen ist, daß das Entlüftungsloch bzw. die Abzugsöffnung in dessen Mitte einen zylindrischen Abschnitt geringen Durchmessers aufweist, der von einer Bodenplatte aufwärts ragt, daß am oberen Ende des Abschnitts kleinen Durchmessers eine Kerbe vorgesehen ist und gleichzeitig eine Gummikappe auf ihn aufgepaßt ist, daß ein durchlässiger Filter in einen Schulterteil eingepaßt ist, der an einem vertikal mittleren Abschnitt des Entlüftungslochs geformt ist, so daß das Entlüftungsventil gebildet wird, und daß ein Gas im Inneren die Gummikappe durch die Kerbe auf drückt, wenn der Innendruck der Batterie ansteigt, wobei das Gas durch den Filter an die Umgebung der Batterie abgegeben wird.
5. Batterie nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das Material des Behälters Polypropylen ist, welches 5 bis 20% Füllstoffe enthält.
6. Batterie nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das zusammengebaute Element aus einer rechteckigen negativen Platte, einer rechteckigen positiven Platte und einem rechteckigen Separator zusammengesetzt ist, der aus einer Vielzahl von Mikrofaserglasmatten besteht, die übereinander gelegt sind.