DE3436290C2

DE3436290C2 -

Info

Publication number: DE3436290C2
Application number: DE3436290A
Authority: DE
Inventors: Masao Takatsuki Osaka Jp Nakazawa; Michio Kawagoe Saitama Jp Yashima; Shuuji Saitama Jp Takahashi
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: 1989-09-21
Also published as: US4576879A; DE3436290A1

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 wird eine dichte Kammer allgemein aus einem zunächst oben offenen Behälter und einem den oberen Teil des Behälters ab deckenden Deckel geformt; in der abgedichteten Kammer sind mehrere durch Trennwände unterteilte Zellenkammern geformt. In jeder Zellenkammer befindet sich ein Zellen element, das aus einer Vielzahl von positiven und negativen Platten und Separatoren übereinander angeordnet besteht. Schließlich ist an dem Deckel ein Ventil vorgesehen.

Bei dieser herkömmlichen abgedichteten Blei-Säure-Bat terie sind jedoch der Öffnungsdruck des Ventils, ein Druck der in die Zelle eingesetzten positiven und negativen Plattengruppen und das Material sowie die Wanddicke des Behälters nicht angemessen bestimmt. Es ergeben sich Nachteile wie z. B. ein Ausbeulen des Behälters im Gebrauch, eine Verschlechterung der Wider standsfähigkeit gegen Vibrationen und eine Verschlechte rung der Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befesti gung des Deckels am Behälter.

Bei einem bekannten Ventil für eine Batterie - US-PS 42 16 277 - übergreift eine kreiszylindrische Kappe aus elastomerem Werkstoff einen rohrförmigen Auslaß mit kreiszylindrischer Mantelwandung und einer im oberen Rand des Auslasses vorgesehenen Gasübertrittsöff nung. Der großflächig und dichte Umgriff zwischen der Mantelwandung und der Kappe dürfte zu einer relativ schwergängigen Ventilfunktion führen, wodurch sich die Bestimmung des Betätigungsdruckbereichs schwierig gestaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blei- Säure-Batterie der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die durch Verhinderung des Ausbeulens des Behälters im Gebrauch, durch Verbesserung der Wider standsfähigkeit gegen Vibrationen und durch Erhöhrung der Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befestigung des Deckels am Behälter eine ausgezeichnete Brauchbarkeit bei guter Abdichtung erfährt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Mit Hilfe dieser aus bestimmtem Material und bestimmter Wanddicke gebildeten sowie mit vorbestimmten Gasdrücken arbeitenden Batterie gelingt es, das Ausbeulen des Behälters im Gebrauch zu verhindern, die Widerstands fähigkeit gegen Vibrationen und dadurch ausgelöste Kurzschlüsse zu verbessern und die Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befestigung des Deckels am Behälter zu erhöhen, so daß man insgesamt eine ausgezeichnet abgedichtete und dauerhafte Batterie erhält.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Batterie;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Deckelkörper;

Fig. 3 und 4 Teilschnittansichten entlang der Linien III-III bzw. IV-IV der Fig. 1;

Fig. 5 eine Rückansicht der Deckelplatte;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Rückansicht des Deckelkörpers;

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII der Fig. 2;

Fig. 8 eine schematische vertikale Seitenschnitt ansicht der erfindungsgemäßen Batterie;

Fig. 9 eine schematische seitliche Teilschnittan sicht, in dem ein Zustand vor dem Einsetzen der zusammengebauten Elemente dargestellt ist;

Fig. 10 eine schematische Draufsicht des zusammenge bauten Elements;

Fig. 11 eine schematische seitliche Teilschnittdrauf sicht eines Behälters;

Fig. 12, 13 und 14 perspektivische Teilansichten des Dichtstopfens; und

Fig. 15 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung mit eingesetztem Dichtstopfen.

Gemäß der Fig. 1 ragen Batterieanschlüsse 2, 3 an zwei Ecken eines Deckels 1 aufwärts und im mittleren Teil der Ab deckung 1 ist ein Entlüftungsloch oder eine Abzugsöffnung 5 vorgesehen, die mit einer Deckplatte 4 abgedeckt ist. Überdies ist eine Aluminium folie 6 (als Beispiel eines Schutzschirms) an der oberen Ober fläche des Deckels 1 parallel zur Platte 4 befestigt. Wie in der Fig. 2 zu sehen ist, welche einen Deckelkörper 7 zeigt, von dem die Deckelplatte 4 und die Folie 6 entfernt sind, sind vertikale Füllöffnungen 8 auf einer geraden Linie angeordnet und an einem Teil vorgesehen, der mit der Folie 6 (Fig. 1) bedeckt ist. Ein mit der streifenförmigen, an den Ecken abgerundeten Aluminium folie 6 zu verschmelzendes Schmelzbett 9 umgibt die Füll öffnungen 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 ver bunden.

Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, welche eine Teilschnitt ansicht entlang der Linie III-III der Fig. 1 darstellt, ist das obere Ende der Füllöffnung 8 über eine sich ver jüngende Fläche 12 mit dem Schulterteil 10 verbunden, und die Ausnehmung 11 ist tiefer als der Schulterteil 10 ge formt. Die obere Stirnfläche des Schmelzbettes 9, das jede Füllöffnung 8 umgibt, ist auf der gleichen Höhe an geordnet 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 Aluminium folie, deren untere Fläche mit einem thermoplastischen Harz beschichtet ist, und ist luftdicht durch Hochfrequenz- Schmelzschweißen mit dem Schmelzbett 9 verbunden.

Wie Fig. 4 zeigt, weist das Entlüftungsloch oder 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 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 Durch messers 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 Durch messers 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 oder Öffnung des aus der Gummikappe 16 bestehenden Ventils ist auf 0,2 bis 0,4 bar eingestellt. Die Deckelplatte 4, welche das Loch 5 von der Oberseite her bedeckt, ist, wie in der Fig. 5 gezeigt, eine recht eckige Harzplatte und weist an ihrer Rückseite ein stückig 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 Fig. 4 geformten Ausnehmung 21 fest gelegt ist, kann die Platte 4 dadurch einfach an ihrem Platz angeordnet werden, daß die Schenkel 20 durch Ultraschallschweißen verschmolzen werden. In Fig. 2 sind Bohrungen 23 gezeigt, in welche die Positionier vorsprünge 19 passend eingreifen.

Wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, weist die Rückseite des Deckelkörpers 7 einen etwa elliptischen Auslaß durchgang 24 auf, der zur Verbindung mit jeder Zellen kammer (nachstehend beschrieben) ausgebildet ist, sowie ein in der Fig. 7 gezeigtes Durchgangsformungselement 25, das an einem unteren Teil des Auslaßdurchgangs 24 angeordnet ist. Das Element 25 weist eine äußere Umfangs kante 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 unter teilt sind. Der Aufbau ist also mit einer gemeinsamen Auslaßeinheit ausgebildet, in welcher das in jeder Zellen kammer 28 gebildete Gas gemeinsam aus dem Entlüftungsloch 5 durch das Luftloch 26 und den Durchgang 24 abgeführt wird.

Wie in der Fig. 8 gezeigt, paßt der Deckel 1 auf den oberen Endabschnitt des Behälters 30 und ist an diesem durch Schmelzverbindung oder Schweißverbindung befestigt. Der Behälter 30 besteht aus Polypropylen, welches 5 bis 20% Füllmittel (Talk) enthält, und er weist eine Dicke der Seitenwand 30 a von 2 bis 4 mm auf. Ein zusammengebautes Zellenele ment 31 ist in die Zellenkammer 28 des Behälters 30 ein gesetzt, und der bestimmbare Druck der in die Zelle einge setzten positiven und negativen Plattengruppen ist in die sem Fall auf 0,35 bis 0,6 bar eingestellt. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist das Zellenelement 31 aus einer recht eckigen negativen Platte 32, einer rechteckigen positiven Platte 33 und einem rechteckigen Separator 34, der beispiels weise aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Mikroglasfasermatten besteht, gebildet. Die lichte Weite W _c zwischenden Wandungen des Behälters 30 (Fig. 8), die Breite W _p der Platten 32, 33 und die Breite W _s des Sepa rators 34 genügen folgenden Beziehungen:

0,05 W _p ≦ W _c - W _p ≦ 0,15 W _p
2 mm ≦ W _s - W _c ≦ 3 mm

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 37 a, 38 a der Strei fen oder Bügel 37, 38 zu den oberen Endflächen 32 a, 33 a der Schultern der Platten 32, 33, die Höhe H _p der Platten 32, 33 und die über den Platten freiliegende Höhe l des Separators 34 genügen den folgenden Beziehungen:

0,1 H _p ≦ L ≦ 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 Plat te 32 und der positiven Platte 33, welche innerhalb der Dicke T aufgenommen sind:

0,15 T≦t ≦ 0,5 T

Fig. 10 zeigt diesen Zusammenhang.

Die Batterie gemäß der Fig. 1 ist nicht mit dem Elek trolyt gefüllt, und die Füllöffnung 8 ist mittels der in Fig. 3 gezeigten Aluminiumfolie 6 luftdicht verschlos sen. 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 Fig. 1 gegenüber der Umgebung luftdicht ge halten, 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 Fig. 1 abgerissen, um die Einfüllöffnung 8 freizu legen. Dann wird der Elektrolyt unter Verwendung eines geeigneten Elektrolytbehälters durch die Einfüllöffnung 8 eingefüllt. Eine Füllgeschwindigkeit von 0,5 bis 2,0 cm³/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 oder Hilfsnut 49 kann an der Trennwand 27 des Behälters 30 geformt sein, um die Eindringgeschwin digkeit zu beschleunigen. Überdies beträgt die einzu füllende Elektrolytmenge vorzugsweise 95 bis 110% des Porenvolumens des Zellenelementes 31, damit das Gas absorbiert wird, das während der Ladezeit im Batterie innenraum während des Gebrauchs erzeugt wird.

Nach Beendigung des Füllvorgangs des Elektrolyten, wird ein in der Fig. 12 gezeigter Dichtstopfen 50 in die Einfüllöffnung 8 eingepaßt, um die Einfüllöffnung 8 hermetisch abzudichten, wie in der Fig. 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 ein stückig über Verbindungsteile 52 miteinander verbunden sind. Die Fig. 13 und 14 zeigen weitere Ausführungs formen 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 Entlüftungsdurch gang 24 und den Abschnitt 14 kleinen Durchmessers hin durch und drückt die Gummikappe 16 auf, so daß Gas an die Umgebung austritt. Das aus der Gummikappe 16 aus tretende 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 Entlüftungs ventil (beispielsweise dem Abschnitt 14 kleinen Durch messers und der Gummikappe 16) 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 bar einge stellt, während der einstellbare Druck des zusammengebauten Zellen elements 31 auf 0,35 bis 0,6 bar festgesetzt ist. Als Material für den Behälter wird ein Füllmaterial ent haltendes Polypropylen verwendet, und die Seitenwanddicke 30 a des Behälters beträgt 2 bis 4 mm, so daß folgende Vorteile erreicht werden:

(a) Es wird verhindert, daß sich der Behälter 30 im Gebrauch ausbeult, so daß Deformationen aufgrund eines Temperaturanstiegs und eines Anstiegs des Innendrucks während der Ladezeit vermieden werden können.
(b) Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Vi bration: Der Behälter 30 weist eine ausreichende Festigkeit auf, der Druck des zusammengebauten Elements 31 ist hoch genug und es tritt kein Druck abfall 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 Hitze versiegelungsvorgang 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 eine Verminderung des Elektrolyten wirksam verhindert wird.

Die Erfindung ist nicht auf Anwendungen bei einer trocken geladenen abgedichteten Blei-Säure-Batterie beschränkt, bei der der Elektrolyt unmittelbar vor dem Einsatz ein gefüllt 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 ver sandt und verkauft wird.

Claims

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, dadurch gekenzeichnet, daß ein Entlüftungsloch (5) in dem mittleren Teil eines Deckels (1) für die Batterie vorgesehen ist, daß das Entlüftungsloch (5) in dessen Mitte einen zylindrischen Abschnitt (14) kleinen Durchmessers aufweist, der von einer Bodenplatte (13) aufwärts ragt, daß am oberen Ende des Abschnittes (14) kleinen Durchmessers eine Kerbe (15) vorgesehen ist und gleich zeitig eine Gummikappe (16) auf ihn angepaßt ist, daß ein durchlässiger Filter (18) in einem Schulterteil (17) eingepaßt ist, der an einem vertikal mittleren Abschnitt des Entlüftungslochs (5) geformt ist, so daß das Entlüftungsventil gebildet wird, daß ein Gas im Inneren die Gummikappe (16) aufdrückt, wenn der Innendruck der Batterie ansteigt, wobei das Gas durch den Filter (18) an die Umgebung der Batterie abgegeben wird, daß der Ventilöffnungsdruck auf 0,2 bis 0,4 bar eingestellt ist, daß ein einstellbarer Druck positi ver und negativer Plattengruppen auf 0,35 bis 0,6 bar eingestellt ist, daß als Material für den Behälter ein Füllmaterial enthaltendes Polypropylen verwendet wird, daß die Seitenwanddicke des Behälters 2 bis 4 mm beträgt und daß der zylindrische Abschnitt kleinen Durchmessers (14) im oberen Bereich einen konischen Ansatz und daran angepaßt die Gummikappe (16) einen konischen Innenteil aufweist.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau der Batterie als Mehrzellentyp gestaltet ist und daß das Entlüftungsventil in einem gemeinsamen Auslaßeinheitsaufbau gestaltet ist, welcher mit jeder der Zellen verbunden ist.

3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein alle Zellen (28) miteinander verbindender Auslaßdurchgang (24) an der Rückseite des Deckels (1) vorgesehen ist, der mit dem Entlüftungsventil versehen ist, daß ein einen Durchlaß bildendes Element (25) an einem unteren Teil des Auslaßdurchganges (24) angeordnet ist und daß das Element (25) Luftlöcher (26) umfaßt, deren jedes sich in eine Zelle öffnet.

4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polypropylen 5 bis 20% Füllstoffe enthält.

5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zusammengebaute Zellenelement (31) aus einer rechteckigen negativen Platte (32), einer rechteckigen positiven Platte (33) und einem rechteckigen Separator (34) zusammengesetzt ist, der aus einer Vielzahl von Mikrofaserglasmatten besteht, die übereinander gelegt sind.