DE3520855C1 - Galvanische Zelle mit Presskontaktierung - Google Patents

Description

im Bereich des Kontaktlochs (13) auf 10 bis 40% der ursprünglichen Dicke verdichtet ist, daß

e) im Bereich des Durchgangslochs (12) zwischen der gegenpoligen Elektrode und dem auf die Ränder der Kontaktlöcher drückenden Rohrstück (6; 7) (Kontakthülse) eine Schicht aus Isoliermaterial (10) (Isolierhülse) angeordnet ist, die

el) den freien Zwischenraum zwischen dem Rohrstück und der gegenpoligen Elektrode im wesentlichen ausfüllt und

e 2) deren axiale Länge kürzer ist als die axiale Länge des Rohrstücks und daß

f) an den Enden der Stromführungsorgane Federn (125; 225) vorgesehen sind, die den Elektrodenstapel unabhängig vom Druck auf die Rohrstükke zusammendrücken.

chen dem Durchgangsloch (12) der Elektroden (1; 2) entsprechen.

4. Galvanische Zelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polankerbolzen (104; 105; 204) im Bereich der Endplatte (122; 222) einen Bund (123; 223) aufweist.

5. Galvanische Zelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichtete Zone der Elektrode im Bereich des Kontaktloches (13) konzentrisch zum Mittelpunkt des Kontaktloches ausgeführt ist und im Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Isolierhülse (10).

20

25

30

35 Ein großes Problem bei der Herstellung von galvanischen Zellen, insbesondere von Akkumulatoren mit alkalischem Elektrolyten, ist die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenplatten, den Stromfahnen und den aus der Zelle oder dem Akkumulator herausragenden Polbolzen.

Diese Verbindungen müssen einerseits einen möglichst kleinen elektrischen Widerstand, andererseits eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Außerdem muß der Polbolzen gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert und abgedichtet sein.

Bei der üblichen Bauweise werden an den Elektrodenplatten mittels Punktschweißen Blechfahnen angebracht, die ihrerseits entweder durch Verschraubung oder durch Schweißung an Polbrücken und/oder Polbolzen angebracht werden. Schwierigkeiten bestehen deshalb, weil sowohl die Elektrodengerüste und Stromfahnen ungleiche Querschnitte und Materialeigenschaften aufweisen, als auch die Querschnitte der Stromfahnen und der Polbrücken oder der Polbolzen sehr unterschiedlich sind. Die Herstellung dieser Verbindungen erfordert einen hohen Vorrichtungs- und kontrolltechdie Elektroden aus Fasermaterial bestehen, das 40 nischen Aufwand und ist deshalb sehr teuer.

Besondere Schwierigkeiten bestehen, wenn anstelle gesinterter Elektroden solche aus Fasergerüsten verwendet werden, insbesondere solche, bei denen der Kunststoffkern der Fasern nicht entfernt wurde.

Aus der deutschen Patentanmeldung ρ 39 477 IVa/ 2IbD (Klasse 21b, Gruppe 7/01) ist eine galvanische Zelle mit Sinterelektroden für die Entnahme kleiner Ströme bekannt, bei der Kontaktbolzen senkrecht zur Elektrodenfläche in ein Loch der Elektrode eingetrieben sind. Der Lochdurchmesser ist gegenüber dem Durchmesser des Kontaktbolzens kleiner und mit radialen Schlitzen versehen, so daß beim Eintreiben des Bolzens eine radiale Verspannung und somit eine Kontaktierung entsteht, die durch auf den Kontaktbolzen aufgeschobene Röhrchen, deren Stirnseiten mit nach innen gerichteten Kegelflächen auf die Ränder der Kontaktfläche drücken, unterstützt wird. Um eine Isolierung zwischen den abwechslungsweise gestapelten positiven und negativen Elektroden zu erreichen, ist die Elektrode um den dem geschilderten Pol parallel angeordneten Gegenpol mit einem größeren Loch versehen, so daß an dieser Stelle keine Kontaktierung entstehen kann. Die darüber oder darunter aufgeschobene Elektrode ist in der Ebene um 180° verdreht angeordnet, womit die positiven Elektroden dem einen Pol und die negativen Elektroden dem anderen Pol zugeordnet und voneinander isoliert sind.
Bei dem Zusammenbau solcher Zellen entstehen aber

45

50

55

2. Galvanische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Federn (125; 225), die den Elektrodenstapel zusammendrücken, weitere gegenüber diesen Federn stärkere Federn (235) vorgesehen sind, die einen Druck auf die Rohrstücke (6; 7; 107; 207) ausüben, die auf die Ränder der Kontaktlöcher drücken.

3. Galvanische Zelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatoren Löcher (14) besitzen, deren Durchmesser im wesentli-

Schwierigkeiten, ζ. Β. dadurch, daß eine Verdrehung einer Elektrode um den sie kontaktierenden Bolzen erfolgen kann. Dann nämlich berührt auch der Lochrand des größeren Loches den Gegenpol, wodurch ein die Zelle zerstörender Kurzschluß auftritt. Um dies zu verhindern, muß das Gehäuse um die Zellen sehr eng und, um Kurzschlüsse durch Berührung der Zellenwand zu vermeiden, wie in der zitierten Anmeldung dargestellt, aus Kunststoff sein. Bei Zellensystemen, die unter höherem Gasdruck stehen (z. B. Nickel-Wasserstoff-Zellen), ist dies aber aus Festigkeitsgründen nicht möglich. Solche Systeme bedürfen eines metallischen Gehäuses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem kompakten Zellstapel eine einwandfreie Kontaktierung gleichgepolter Elektroden aus Fasermaterial zu erhalten, die auch bei Dickenschwankungen der Elektrodenplatten zwischen dem be- und entladenem Zustand noch sicher ist, eine einwandfreie Isolierung zwischen den unterschiedlich gepolten Elektroden und eine gute innere Zentrierung der Zellenteile zueinander gewährleistet, damit auch bei möglichst guter Raumausnutzung metallische Zellengehäuse Verwendung finden können. Außerdem soll bei der Herstellung von Zellenstapeln ein möglichst kleiner apparativer Aufwand erforderlich sein.

Diese Aufgabe wird bei einer galvanischen Zelle mit Preßkontaktierung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Das Wesen der Erfindung besteht somit darin, daß Elektrodengerüste aus Fasermaterial verwendet werden, bei denen das Fasermaterial vor dem Füllen oder Imprägnieren mit aktiver Masse im Bereich des Kontaktlochs auf 10 bis 40% der ursprünglichen Dicke verdichtet ist. Ferner ist im Bereich des Durchgangslochs zwischen der gegenpoligen Elektrode und dem auf die Ränder der Kontaktlöcher drückenden Rohrstück eine Schicht aus Isoliermaterial angeordnet, die den freien Zwischenraum zwischen dem Rohrstück und der gegenpoligen Elektrode im wesentlichen ausfüllt und deren axiale Länge kürzer ist als die axiale Länge des Rohrstücks. Außerdem sind an den Enden der Stromführungsorgane Federn vorgesehen, die den Elektrodenstapel unabhängig vom Druck auf die Rohrstücke zusammendrücken.

Die Elektroden besitzen zwei Löcher, durch die die positiven und negativen Polbolzen durchgeführt werden, und zwar ein im Vergleich zum Polbolzen großes Loch (Durchgangsloch) und ein kleineres Loch, das im wesentlichen dem Durchmesser des Polbolzens entspricht. Aus diesem kleineren Loch findet über die auf den Polbolzen aufgeschobenen Rohrstücke die Kontaktierung statt, während das weite Loch zur Isolierung gegenüber dem entsprechenden Polbolzen und dem auf ihn aufgeschobenen Rohrstück dient. Im Bereich der kleinen, der Kontaktierung dienenden Löcher (Kontaktlöcher), ist das Fasermaterial der Elektrode auf ca. 10 bis 40% der ursprünglichen Dicke komprimiert. Eine geringe Verdichtung des Elektrodengerüstes von z. B. 40% hat den Vorteil einer besseren Anpassungsfähigkeit infolge einer besseren Eigenfederung, was von Vorteil ist, wenn beispielsweise viele Elektroden verwendet werden, sie hat aber auch den Nachteil einer schlechteren Kontaktgabe. Eine sehr hohe Verdichtung auf z. B. nur noch 10% der ursprünglichen Dicke ergibt zwar hervorragende Kontakte, erfordert aber eine hohe Genauigkeit der Bauteile des Stapels und hohe Preßkräfte, die von den Polankerbolzen aufgebracht werden müssen.

Besonders gute Ergebnisse sowohl hinsichtlich des Kontakts als auch bezüglich des Federungsvermögens werden erzielt, wenn eine Verdichtung auf 30 bis 20% der ursprünglichen Gerüstdicke vorgenommen wird.
In der Batterie sind die einzelnen positiven und negativen Elektroden abwechselnd in einem Stapel unter Zwischenschaltung von Separatoren angeordnet. Zwischen jeweils zwei Elektroden gleicher Polarität, die über das auf den entsprechenden Kontaktbolzen aufgeschobene und auf die Ränder der Kontaktlöcher drükkende Rohrstück mit dem Polbolzen verbunden sind, liegt jeweils eine gegenpolige Elektrode, die an der Stelle, wo der Kontaktbolzen sowie das Röhrchen der beiden anderen Elektroden liegt, mit dem bereits erwähnten großen Loch versehen ist. Um zu vermeiden, daß bei der Montage sich die gegenpoligen Elektroden versehentlich verschieben und so einen Kurzschluß hervorrufen können, ist im Bereich des großen Durchgangslochs zwischen der gegenpoligen Elektrode und dem auf die Ränder der Kontaktlöcher drückenden Rohrstück eine Schicht aus Isoliermaterial angeordnet, die den freien Zwischenraum zwischen dem Rohrstück und der gegenpoligen Elektrode im wesentlichen ausfüllt. Diese Schicht aus Isoliermaterial kann aus einer über das Rohrstück geschobenen Hülse aus Isoliermaterial bestehen, kann aber auch eine direkt auf das Rohrstück aufgetragene Lack- oder Kunststoffschicht sein. Dadurch, daß der freie Zwischenraum durch die Schicht aus Isoliermaterial ausgefüllt ist, ist nicht nur die Möglichkeit eines Kurzschlusses wirksam unterbunden, sondern auch der Spielraum für evtl. Verschiebungen verringert, so daß eine zusätzliche genaue Lagefixierung der einzelnen Elektroden stattfindet. Diese Fixierung ist besonders wertvoll, da die Außenabmessungen des Elektrodenblockes auf diese Art und Weise innerhalb ganz besonders enger Grenzen gehalten werden können, was es ermöglicht, auch bei metallischen Gehäusen eine besonders gute Raumausnutzung zu bekommen. In diesem Zusammenhang ist es sehr vorteilhaft, die Separatoren mit Löchern zu versehen, deren Durchmesser etwa dem Durchgangsloch der Elektroden entspricht, wodurch auch die Separatoren in ihrer Lage zu den Elektroden sehr gut zentriert bzw. fixiert werden.

Um sicher zu sein, daß nach dem Montieren eines Zellenstapels beim Anziehen hauptsächlich die Rohrstücke (Kontakthülsen) in den verdichteten Bereich der Elektrode eindringen, sollen die über die Kontakthülsen gesteckten Isolierhülsen in der axialen Länge etwas kürzer sein als die Kontakthülsen. Sie sollen allerdings nicht zu kurz sein, damit während der Montage die scheibenförmigen dünnen Bauteile (z. B. die Separatoren) seitlich nicht verrutschen können. Besonders vorteilhaft ist es dabei, eine Verkürzung der Länge der Isolierhülsen gegenüber der Länge der Kontakthülsen um etwa 5 bis 10% einzuhalten, wobei anstelle der Isolierhülsen auch eine geeignete Isolierschicht auf die Kontakthülsen aufgebracht sein kann. Aus diesem Grund sollte auch die oben geschilderte Verdichtung des Fasermaterials im Bereich des Kontaktlochs in ihrer flächenhaften Ausdehnung so groß sein, daß sie wenigstens dem Außendurchmesser der Isolierhülse entspricht, besser aber noch etwas größer ist. Außerdem ergibt sich aufgrund des Unterschiedes zwischen dem Kontakthülsendurchmesser und dem Durchmesser der Verdichtungszone eine Art federnder Membrane, die eine gewisse Beweglichkeit in Richtung der Bolzenachse zuläßt, was während des Betriebes der Batterie vorteilhaft bezüglich des Dehnens und Schrumpfens der Elektroden ist. Ein wei-

5 6

terer Vorteil der Verdichtung des Fasermaterials an der bolzens im Bereich der Endplatte mit einem Bund und Kontaktstelle ergibt sich dadurch, daß beim nachfolgen- das andere mit einem Gewinde versehen ist. den Eindringen der aktiven Masse weniger aktive Mas- Vorteilhafterweise werden die Polankerbolzen se an dieser Stelle eintritt, was einerseits eine Material- gleichzeitig zur Halterung des Stapels am Zellengehäuersparnis an aktiver Masse ergibt, andererseits aber 5 se mitbenutzt. In diesem Falle ist es günstig, den Polanauch eine evtl. Kontaktverschlechterung verhindert. kerbolzen nach dem Bund zu verlängern und diesen Teil Es ist bekannt, daß beim Betrieb von galvanischen ebenfalls mit einem Gewinde zu versehen. Die beiden Zellen mit im Separator gebundenen Elektrolyten ein parallel angeordneten Polankerbolzen können dann bestimmter Anpreßdruck auf die Fläche des Elektro- durch entsprechend ausgebildete Öffnungen am Gehäudenstapels aufgebracht werden muß. Dies ist insbeson- 10 se hindurchgeführt und mittels geeigneter Mittel sowohl dere bei Hybridzellensystemen, wie z. B. Nickel-Was- elektrisch isoliert als auch dicht mit dem Gehäuse verserstoff-Zellen, der Fall. Dieser Anpreßdruck wird nor- spannt werden. Es ist dabei ohne weiteres möglich, den malerweise durch Zuganker über die Endplatten auf den einen Polankerbolzen an einem Ende des Zellengehäu-Elektrodenstapel aufgebracht. ses und den anderen Polankerbolzen am entgegenge-Bei der vorliegenden galvanischen Zelle mit Preßkon- 15 setzten Ende des Zellengehäuses durchzuführen, was taktierung wird diese Zugankerfunktion durch die Pol- bekanntlich eine gute Stromleitung in einer Zelle ergibt, bolzen mit wahrgenommen. Es ist somit nur noch ein Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn beispielswei-Bauelement erforderlich, um den Stapelpreßdruck, den se in einem Gehäuse zwei Zellenstapel hintereinander Kontaktierungsdruck und den Stromtransport zu be- geschaltet werden sollen (Bi-Zelle). Hierbei kann ein werkstelligen, ganz abgesehen von der bereits erwähn- 20 Polankerbolzen beide Stapel durchdringen und stellt bei ten Zentrierung der Elektroden und Separatoren. entsprechender Kontaktierung innerhalb der Stapel den Um eine gute Kontaktierung der Elektroden durch Polverbinder zwischen den Stapeln dar. Die beiden andie Kontakthülsen zu erreichen, sollte die Verspannung deren, parallel angeordneten Polankerschrauben weran der Kontaktstelle möglichst fest sein. Besonders ge- den getrennt und entgegengesetzt aus den Stapeln geeignet haben sich Anpreßdrücke an der Kontaktstelle 25 führt und sind die beiden Pole der Bi-Zelle. von wenigstens 50 N/mm² erwiesen. Erreicht wird das Anhand der Abbildung wird beispielhaft der Aufbau dadurch, daß auf die letzte Kontakthülse mittels einer eines Zellenstapels mit axialer Preßkontaktierung sowie auf den Polbolzen aufgedrehten Mutter ein entspre- Details und Stapelanordnungen gezeigt. Es zeigt im einchender Druck ausgeübt wird. zelnen

Da, wie schon erwähnt, eine Elektrode während des 30 F i g. 1 einen Längsausschnitt eines Elektrodenstapels

Zyklisierens (Beladen, Entladen) eine Dickenänderung mit Preßkontaktierung,

erfährt, kann es bei einer zu starren Bauweise, die diese F i g. 2 die Draufsicht eines Elektrodengerüstes,

Dickenänderung unterdrückt, durch Verdrängung des F i g. 3 die Draufsicht eines Separators,

Elektrolyten in ungünstige Zonen zur Verschlechterung F i g. 4 die Ansicht mit Teillängsschnitt einer komplet-

der Zelle kommen. Um eine Bewegungsmöglichkeit der 35 ten Zelle mit Federelementen für den Stapel,

Elektroden in Dickenrichtung sicherzustellen, sind des- F i g. 5 einen Elektrodenstapel mit Federelementen

halb, unabhängig von dem auf die Rohrstücke (Kontakt- für den Stapel und solchen für die Preßkontaktierung,

hülsen) wirkenden Druck Federn vorgesehen, die ein F i g. 6 den Aufbau einer gasdichten Bi-Zelle,

Atmen des Elektrodenstapels unter einer gewissen Vor- F i g. 7 den Aufbau einer Zelle mit parallelgeschalte-

spannung ermöglichen. Diese Federn können sich eben- 40 ten Elektrodenstapeln.

falls an der Mutter abstützen. Der von diesen Federn auf F i g. 1 zeigt den vergrößerten Ausschnitt eines ZeI-den Elektrodenstapel ausgeübte Anpreßdruck beträgt lenstapels mit durchgehenden Polankerbolzen. Wie daretwa 0,05 bis 0,4 N/mm², liegt also wesentlich unter dem gestellt ist, sind die positiven Elektroden (Positiven) 1 Anpreßdruck an der Kontaktstelle. Die Dickenände- und die negativen Elektroden (Negativen) 2 abwechsrung des Elektrodenstapels bewegt sich in der Größen- 45 lungsweise aufgestapelt. Zwischen den Elektroden sind Ordnung von etwa 1 bis 3%. Separatoren 3 eingebracht. Die Positiven 1 sind dem Beim Bau von Zellenstapeln mit sehr vielen Elektro- rechten Polankerbolzen 4 und die Negativen 2 dem linden kann die Gefahr bestehen, daß im Laufe der Zeit die ken Polankerbolzen 5 zugeordnet. Kontaktstellen an den Elektrodengerüsten etwas krie- Die über den linken Bolzen gesteckten rohrförmigen chen und somit einen höheren Übergangswiderstand zu 50 Kontakthülsen 6 sind zwischen den Negativen und die den Kontakthülsen ergeben. Diesem Nachteil kann er- über den rechten Bolzen gesteckten Kontakthülsen 7 folgreich entgegengewirkt werden, wenn auch zwischen zwischen den Positiven angeordnet. Die Kontakthülsen den Kontakthülsen und den Polbolzenenden (Mutter) dringen aufgrund der axialen Verpressung etwas in die Tellerfedern eingefügt werden. Diese Tellerfedern müs- Kontaktzonen 8 bzw. 9 ein. Über die Kontakthülsen sind sen parallel zu den Federn für den Stapel angeordnet 55 Isolierhülsen 10 gestülpt.

und entsprechend den unterschiedlichen Kräfteverhält- Sie sind in ihrer Länge etwas kürzer als die Kontaktnissen ausgelegt sein. Unter Berücksichtigung von zwei hülsen. Anstelle der Isolierhülsen kann auch eine geeig-Polankerbolzen und den weiter oben angegebenen nete Beschichtung auf die Kontakthülsen aufgebracht Preßdrücken sowie den Flächen für Stapel und Kon- werden.

taktzonen ergibt sich ein Verhältnis der Kontaktpreß- 60 Die vorgepreßte, verdichtete Zone 11 an den Elektro-

kraft zu der halben Stapelpreßkraft von ca. 1 :1 bis 5 :1. den im Bereich des Kontaktlochs 13 ist im Durchmesser

Durch eine solche Anordnung ist es dann möglich, daß etwas größer als der Außendurchmesser der Isolierhül-

die beiden Bewegungsrichtungen zwischen Stapel und sen.

Kontaktzone sogar entgegengesetzt sein können, ohne In F i g. 2 ist die Draufsicht auf eine Elektrode darge-

daß die Voraussetzungen für ein einwandfreies Arbei- 65 stellt. Das größere, linke Loch (12) (Durchgangsloch)

ten eines Zellstapels verletzt werden. Für eine optimale entspricht dem Durchmesser der Isolierhülse und das

Einstellung der Anpreßdrücke und der Kontaktgabe ist kleinere, rechte Loch (13) (Kontaktloch) demjenigen des

es günstig, wenn beispielsweise ein Ende des Polanker- Polankerbolzens. Die Zone 11 um das kleinere Loch ist

beidseitig symmetrisch in die Elektrode eingepreßt.

F i g. 3 zeigt einen Separator 3 in der Draufsicht. Die beiden Löcher 14 haben denselben Achsabstand wie die Elektrodenlöcher und ihre Durchmesser entsprechen beide dem Außendurchmesser der Isolierhülsen 10 bzw. den Durchgangslöchern 12.

In F i g. 4 ist eine Ansicht mit Teillängsschnitt einer kompletten gasdichten Zelle (z. B. Ni/H2) zu sehen. In dem metallischen Gefäß 120 ist der Zellenstapel 121 mittels den Polankerbolzen 104 und 105 konzentrisch eingebaut. Der Zellenstapel ist oben und unten mit je einer Endplatte 122 aus Isoliermaterial abgedeckt und zwischen dem Bund 123 und der Mutter 124 verspannt. Um eine definierte Stapelbewegung zu gewährleisten, ist zwischen der unteren Endplatte und der Mutter eine Tellerfeder 125 eingefügt. Diese stützt sich auf der Seite der Mutter an einer Unterlegscheibe 126 und endplattenseitig an einer weiteren Scheibe 127 ab. Die Endkontakthülsen 107, die den Kontakt vom Polankerbolzen 104 zu den letzten Positiven 101 herstellen, sind durch die Isolierendplatten 122 hindurchgeführt und stützen sich oben am Bund 123 und unten an der Scheibe 127 ab. Der Polankerbolzen besitzt an seinem unteren Ende ein Gewinde 128. Mittels der Mutter 124 und der Tellerfeder 125 kann somit ein gezielter Anpreßdruck auf den Stapel 121 eingestellt werden.

Über den oberen Teil des Polankerbolzens 104 ist ein Distanzstück 129 aus Plastikmaterial gestülpt. Es dient zur Abstützung des Zellenstapels am Gefäßdeckel 130. Da der Innenraum der Zelle unter hohem Druck (z. B. 40... 50 bar) steht und der Polankerbolzen 104 gegenüber dem Zellendeckel 130 elektrisch isoliert sein muß, ist der Zellendeckel an der Stelle des Durchtrittes des Polankerbolzens mit einem nach innen gerichteten Durchzug 131 versehen. Zwischen dem Durchzug 131 und den Polankerbolzen 104 ist ein O-Ring 132 eingepreßt. Er sorgt sowohl für die Isolierung als auch für die Abdichtung. Damit der O-Ring durch den Gasdruck nicht nach außen gedrückt werden kann, ist die Oberseite des Deckels mit einer isolierenden Plastscheibe 133 abgedeckt. Sie reicht im Bereich des Radius am Durchzug etwas in diesen hinein. Das Distanzstück 129 ist im oberen Teil so eingesenkt, daß der Durchzug 131 gerade hineinpaßt. Somit ist der O-Ring sozusagen in einer Ringkammer eingeschlossen. Zur Verspannung ist der obere Teil des Polankerbolzens ebenfalls mit einem Gewinde 134 versehen. Dieses muß allerdings oberhalb des O-Ringes aufhören, da sonst die Dichtheit gefährdet ist. Mittels einer weiteren Mutter 124, zwischen die und der Plastscheibe eine Unterlegscheibe 126 gelegt ist, kann dann die Verspannung zwischen den Zelleninnenteilen und dem Zellengefäß vorgenommen werden.

Diese Bauweise erlaubt und gewährleistet eine genaue Zentrierung des Zellenstapels zum Gehäuse, eine feste Halterung, eine einfache, aber einwandfreie Abdichtung, eine gute Stromableitung und dazu eine sehr einfache Zellenmontage.

Das in F i g. 4 gezeigte Beispiel behandelt eine Zelle mit einem relativ kurzen Zellenstapel. Ist jedoch aus Gründen einer höheren Kapazität ein sehr langer ZeI-lenstapel erforderlich, kann es zu Schwierigkeiten zwischen der Abstimmung des Anpreßdruckes des Zellenstapels und desjenigen für die Kontakthülsen kommen. Um dem zu entgegnen, ist in F i g. 5 ein Zellenstapel 221 gezeigt, bei dem die Endkontakthülsen 207 und die Endplatten 222 jeweils über getrennte federnde Mittel abgestützt werden. Die Tellerfedern 225 für den Stapel sind weicher als die Tellerfedern 235 für die Kontakthülsen und sind zueinander parallel geschaltet. Zur Abstützung der Tellerfedern 225 und 235 am Bund 223 bzw. an der Mutter 224 des Polankerbolzens 204 sowie der Feder 225 an der Kunststoffendplatte 222 sind Metallscheiben 226 und 227 zwischengeschaltet.

Diese Federanordnungen sind an den beiden Enden des Stapels und der Polankerschrauben angebracht, so daß insgesamt eine größere Elastizität und eine gleichmäßige Stapelpressung und -bewegung gewährleistet ist.

In F i g. 6 wird eine Bi-Zelle gezeigt. Es handelt sich dabei um eine Zelle, bei der Elektrodenstapel elektrisch in Reihe geschaltet in einem Gefäß 320 untergebracht sind. Dadurch wird die Zellenspannung verdoppelt und es sind, wie bei einer Einzelzelle, trotzdem nur zwei Poldurchführungen nötig. Hierbei ist der linke obere Polankerbolzen 305 nur mit dem oberen Zellenstapel 321 verbunden, während der rechte Polankerbolzen 304 durch beide Stapel hindurchreicht. Der linke untere Polankerbolzen 350 ist wiederum nur mit dem unteren Zellenstapel 421 kontaktiert. Die positiven Elektroden des oberen Stapels 321 sind mit dem linken oberen Polankerbolzen 305 kontaktiert und die negativen Elektroden mit dem oberen Teil des durchgehenden Polankerbolzens 304. Beim unteren Stapel ist es genau umgekehrt. Somit ist der durchgehende Polankerbolzen der Zellenverbinder der beiden Zellenstapel. Der aus dem oberen Teil der Zelle 320 hindurchgeführte Polankerbolzen 305 dient als positiver Anschlußpol und der unten durchgeführte Polankerbolzen 350 als negativer Anschlußpol.

Die Hülse 336 ist aus Kunststoff und dient gleichzeitig als Zentrier- und Distanzstück, während die metallische Zwischenkontakthülse 337 zur Abstützung für die Verpressung der im Stapel befindlichen, nicht dargestellten Kontakthülsen und zur Stromleitung dient. Im Zuge der Fertigungsvereinfachung ist es auch möglich, die Zwischenkontakthülse aus mehreren Kontakthülsen zusammenzusetzen, sofern die Abmessungen der Kontakthülsen dieses erlauben. Die Kappen 351 an den Enden des Polankerbolzens 304 sind aus einem Elastomer und stützen die Stapel gegenüber den Zellengefäßkuppen ab.

In Fig.7 ist beispielhaft eine gasdichte Hybridzelle dargestellt, bei der zwei Elektrodenstapel elektrisch parallel miteinander verbunden und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Die beiden Polankerbolzen reichen jeweils durch beide Stapel hindurch und sind voneinander isoliert und diametral zueinander einseitig durch das Zellengefäß hindurchgeführt. Alle Elektroden beider Stapel, die einem Polankerbolzen zugeordnet sind, haben elektrisch dieselbe Polung. Eine solche Zellenanordnung ist vorteilhaft bezüglich der Wärmeabfuhr aus den Stapeln und der Verschweißung der Zellengefäßteile.

Mit Hilfe der geschilderten Preßkontaktbauweise ist es gelungen, mehrere Anforderungen wie Kontaktierung, Zentrierung, Halterung und gute Kammerfüllung auf einfache Weise zu erfüllen und dabei eine kostengünstige Herstellung zu ermöglichen.

Es ist leicht einsichtig, wie kompliziert und zeitaufwendig ein Aufbau wäre, wenn anstelle der Preßkontaktierung jede einzelne Elektrode mit einer Stromfahne versehen wäre und diese dann zueinander und mit denen eines zweiten Stapels und den Zellenpolen verbunden werden müßten, ganz abgesehen davon, daß zusätzliche Halterungen für die Stapel notwendig wären.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

- Leerseite -

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Galvanische Zelle mit Preßkontaktierung, bestehend aus

a) abwechselnd unter Zwischenschaltung eines Separators angeordneten Elektrodenplatten, die

a 1) mit einer dem Stromführungsorgan etwa querschnittsgleichen Durchbrechung

(Kontaktloch) und

a 2) einer Durchbrechung von größerem Querschnitt (Durchgangsloch) versehen ist, und bei denen

a 3) die Durchbrechungen mit einer Lochumrandung aus dichter gepreßtem Material versehen sind,
wobei die Elektrodenplatten

b) mittels zweiter als Kontakt- und Isolierlöcher durchdringender bolzenförmiger Stromführungsorgane derartig zu einem Elektrodenstapel zusammengehalten oder gepreßt sind, daß jeweils die Elektroden einer Polarität mit dem Stromführungsorgan in den Kontaktlöchern leitend verbunden und gegen die gegenpoligen Elektroden und gegen das die Durchgangslöcher durchdringende andere Stromführungsorgan durch einen Isolierabstand isoliert sind und wobei

c) auf dem Stromführungsorgan zwischen den Befestigungslöchern zweier gleichpoliger Elektroden im Durchgangsloch der dazwischenliegenden gegenpoligen Elektroden ein auf die Ränder der Kontaktlöcher drückendes Rohrstück (Kontakthülse) aus korrosionsfestem Metall angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß