DE3526939A1

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Das gilt auch für eine bekannte Anordnung der eingangs genannten Art (GB-PS 1554964), von der die Erfindung ausgeht. Das Druckerzeugungsaggregat arbeitet dort auf den Elektrolytsammler. Die Elektrolytabführung besteht gleichsam aus einem mit dem Elektrolytsammler verbundenen Überlauf, während die Elektrolytzuführungen aus zwischen den Platten angeordneten, bis in den Bodenbereich geführten perforierten Be- hältnissen bestehen, aus denen der Elektrolyt unmittelbar gegen die Platten gepreßt wird. Aufwendig ist hierbei zunächst, daß für die Zu- und Abführungen des Elektrolyten vom Elektrolytsammler zu den Zellen getrennte Leitungen erforderlich sind. Darüber hinaus nehmen die zwischen den Platten angeordneten Elektrolytzuführungen in den Zellen verhältnismäßig viel Platz in Anspruch, außerdem stört der durch Schwerkraft bewirkte Rückfluß des Elektrolyten in den Elektrolytsammler, der folglich niedriger als die Zellen angeordnet sein muß. This also applies to a known arrangement of the type mentioned at the beginning Art (GB-PS 1554964) from which the invention is based. The pressure generating unit works there on the electrolyte collector. The electrolyte discharge exists as it were from an overflow connected to the electrolyte collector, while the electrolyte feeds from perforated ones arranged between the plates and extending into the floor area Loading conditions consist of which the electrolyte directly against the plates are pressed. It is costly here that for the supply and discharge separate lines are required for the electrolyte from the electrolyte collector to the cells are. In addition, the electrolyte feeds arranged between the plates take place takes up a lot of space in the cells, and it is also a nuisance due to gravity caused the electrolyte to flow back into the electrolyte collector, which is consequently lower than the cells must be arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art konstruktiv zu vereinfachen und funktionell zu verbessern. The invention is based on the object of an arrangement of the initially called type to simplify constructively and functionally improve.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Druckerzeugungsaggregat über eine Druckleitung mit einem oberen Gasraum der gasdicht ausgeführten Zellen verbunden ist und daß die bis in den Zellenbodenbereich geführte rohrförmige Elektrolytabführung und die im Elektrolytspiegelbereich endende, mit einem Rückschlagventil versehene rohrförmige Elektrolytzuführung oberhalb des Elektrolytspiegels miteinander vereinigt und an die Elektrolytleitung angeschlossen sind. To solve this problem, the invention teaches that the pressure generating unit Via a pressure line with an upper gas space of the gas-tight cells is connected and that the tubular electrolyte discharge led into the cell bottom area and the one that ends in the electrolyte level area and is provided with a check valve tubular electrolyte supply combined with one another above the electrolyte level and are connected to the electrolyte line.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Durchmischung des »freien« Elektrolyten wie folgt erzielt: Das Druckerzeugungsaggregat baut einen bestimmten Überdruck in den Zellen auf. Dieser Überdruck bewirkt, daß allen Zellen eine gleiche Elektrolytmenge dicht über dem Zellenboden entnommen und dem Elektrolytsammler zugeführt wird. Die Rückschlagventile verhindern, daß auch im oberen Zellenbereich Elektrolyt entnommen wird. Beispielsweise über eine kombinierte Zeit- und Drucksteuerung wird nun nach Ablauf der Druckphase eine Unterdruckphase eingeleitet. Der Unterdruck in den Zellen hat die Entnahme einer Elektrolytmenge aus dem Elektrolytsammler zur Folge. Der Eintritt in die Zellen findet - bedingt durch die unterschiedliche Eintauchtiefe der Elektrolytrohre ~nur im oberen Bereich statt. Die dadurch schon wirkungsvolle Durchmischung des »freien« Elektrolyten kann noch durch Einleiten von Druckluft in den Sammler über das entsprechende Rohr verstärkt werden. In the arrangement according to the invention, the mixing of the "free" Electrolytes achieved as follows: The pressure generating unit builds a certain Overpressure in the cells. This overpressure causes all cells to be the same Amount of electrolyte taken from just above the cell bottom and fed to the electrolyte collector will. The check valves also prevent electrolyte in the upper cell area is removed. For example, using a combined time and pressure control now after the end of the printing phase, a negative pressure phase is initiated. The negative pressure in the cells has to remove an amount of electrolyte from the electrolyte collector Consequence. The entry into the cells takes place - due to the different depths of immersion the electrolyte tubes ~ only take place in the upper area. The already effective one Mixing of the "free" electrolyte can still be achieved by introducing compressed air be reinforced in the collector via the corresponding pipe.

Folgt das beschriebene Druck-/Unterdruck- Intervall einem periodischen Verlauf (z. B. 10 s Druck, 15 s Unterdruck usw.), wird eine kontinuierliche Durchmischung des »freien« Elektrolyten erzielt. Die geschilderten Druck-/Unterdruck-lntervalle bewirken aber nicht nur eine wirksame Durchmischung des »freien« Elektrolyten, sondern führen auch noch zu einem verstärkten Austausch zwischen »Porenelektrolyt« und »freiem« Elektrolyt. Damit läßt sich einfach und wirksam das Elektrolytangebot gleichzeitig sowohl an der Elektrodenoberfläche als auch am Reaktionsort in den Poren verbessern. Der Elektrolytaustausch kommt wie folgt zustande: Aufgrund der nicht ganz zu unterdrückenden Gasentwicklung (02 an der positiven, H2 an der negativen Elektrode) enthalten die makroskopisch kleinen Poren feine Gasbläschen. Auf die genannten Druckschwankungen reagieren diese Bläschen spontan mit einer Vergrößerung (Unterdruck) oder Verkleinerung (Druck) ihres Volumens. Die dabei auftretende »Kolbenwirkung« erzwingt den Elektrolytaustausch. Dieser wirkt sich unmittelbar und deutlich auf die entnehmbare Kapazität aus. Dank der nun wesentlich besseren Ausnutzung der aktiven Massen, ergeben sich - insbesondere bei Hochstrombelastungen - deutlich höhere entnehmbare Kapazitäten. Hinzu kommt die wesentlich bessere und stabilere Spannungslage, welche auch zur Verminderung der stromabhängigen Verluste beiträgt.If the described pressure / vacuum interval follows a periodic one Course (e.g. 10 s pressure, 15 s negative pressure, etc.), there is continuous mixing of the "free" electrolyte achieved. The pressure / vacuum intervals described but not only cause an effective mixing of the "free" electrolyte, but also lead to an increased exchange between "pore electrolyte" and "free" Electrolyte. In this way, the electrolyte supply can be easily and effectively simultaneously improve both at the electrode surface and at the reaction site in the pores. The electrolyte exchange comes about as follows: Due to the not entirely to be suppressed Gas development (02 on the positive, H2 on the negative electrode) contain the macroscopic pores, fine gas bubbles. On the mentioned pressure fluctuations these vesicles react spontaneously with an enlargement (negative pressure) or reduction (Pressure) of their volume. The resulting »piston effect« forces the electrolyte exchange. This has a direct and clear effect on the available capacity. thanks to the now much better utilization of the active masses result - in particular with high current loads - significantly higher available capacities. Come in addition the much better and more stable tension, which also helps to reduce it which contributes current-dependent losses.

Eine weitere, ganz wesentliche Wirkung der Über druck- bzw. Unterdruckimpulse ist die Entfernung größerer Gasansammlungen, welche sich regelmäßig zwischen den Platten ansammeln und die dort stattfindenden Reaktionen behindern. Another very important effect of the overpressure or underpressure pulses is the removal of larger accumulations of gas, which regularly occur between the Accumulate plates and hinder the reactions that take place there.

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten. So ist nach einer bevorzugten Ausführungsform die Anordnung so getroffen, daß das Druckerzeugungsaggregat aus einer mit Umschaltventilen versehenen Vakuumpumpe besteht, deren Druckseite bei Erzeugung eines Gasunterdruckimpulses mit einer in dem im Elektrolytsammler befindlichen Elektrolyten eintauchenden Druckluftleitung verbunden ist. Außerdem empfiehlt es sich, die Elektrolytleitungen mit einer einstellbaren Drossel zu versehen, um die Höhe der zur Erzielung der beschriebenen Effekte erforderlichen Überdrucke und Unterdrucke einstellen zu können. Darüber hinaus empfiehlt es sich auch, jede Zelle mit einer Füllstandsregeleinrichtung zu versehen; diese besteht nach einer besonders einfachen und daher bevorzugten Ausführungsform aus einer in Höhe des unteren Elektrolytspiegelniveaus in der Elektrolytabführung angebrachten Bohrung mit einem im Verhältnis zum Innendurchmesser der Elektrolytabführung kleinen Durchmesser und aus einem in Höhe des oberen Elektrolytspiegelniveaus am freien unteren Ende der Elektrolytzuführung versehenen Schwimmerventil. For the further development there are several within the scope of the invention Opportunities. Thus, according to a preferred embodiment, the arrangement is made so that the pressure generating unit from a vacuum pump provided with switching valves exists, the pressure side of which when a gas negative pressure pulse is generated with an in the compressed air line immersed in the electrolyte in the electrolyte collector connected is. It is also recommended that the electrolyte lines have an adjustable Choke to be provided to the amount required to achieve the effects described To be able to set overpressures and underpressures. In addition, it is recommended also to provide each cell with a level control device; this exists according to a particularly simple and therefore preferred embodiment from an in Installed height of the lower electrolyte level in the electrolyte drain Bore with a small one in relation to the inner diameter of the electrolyte drain Diameter and one at the level of the upper electrolyte level at the free float valve provided at the lower end of the electrolyte feed.

Eine abschließende Zusammenfassung der wichtigsten Eigenschaften läßt erkennen, daß das Betriebsergebnis - insbes. bei Hochleistungsbatterien - entscheidend verbessert werden kann. Im einzelnen werden folgende Vorteile erreicht: 1. Homogenisierung des »freien« Elektrolyten. A final summary of the most important properties shows that the operating result - especially with high-performance batteries - is decisive can be improved. The following advantages are achieved in detail: 1. Homogenization of the "free" electrolyte.

2. Erzwungener Austausch zwischen »freiem« und »Porenelektrolyten«. 2. Forced exchange between "free" and "pore electrolytes".

3. »Entgasung« der Plattenoberfläche. 3. "Degassing" of the plate surface.

4. Gleiche Elektrolytmenge und -qualität in allen Zellen des Verbandes. 4. The same amount and quality of electrolyte in all cells of the dressing.

5. Gleiche Elektrolyttemperatur in allen Zellen des Verbandes. 5. The same electrolyte temperature in all cells of the dressing.

6. Temperaturausgleich innerhalb der Zellen. 6. Temperature equalization within the cells.

7. Keine Über- oder Unterfüllung der Zellen möglich. 7. No overfilling or underfilling of the cells possible.

8. Der Eingriff in vorhandene Zellenkonstruktionen ist gering (keine Mammutpumpe, kein Wärmetauscher erforderlich), selbst die Nachrüstung ist einfach, 9. Aus der Zelle freiwerdende Knallgase werden ständig mit Frischluft verdünnt. 8. There is little interference with existing cell structures (none Mammoth pump, no heat exchanger required), even retrofitting is easy, 9. The detonating gases released from the cell are constantly diluted with fresh air.

10. Alle batterietechnisch notwendigen Maßnahmen wie z. B. Heizen, Kühlen, Wassernachfüllen, Entgasen, Dotieren (mit Zusatzmitteln), Messung der Temperatur, Messung der Elektrolytdichte und Messung des Elektrolytfüllstandes können zentral erfolgen. 10. All battery-related measures such. B. heating, Cooling, topping up with water, degassing, doping (with additives), measuring the temperature, Measurement of the electrolyte density and measurement of the electrolyte level can be done centrally respectively.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch eine Anordnung zum Umwälzen eines flüssigen Elektrolyten eines Batterieverbandes und Fi g. 2 ein Diagramm über die Auswirkung der Anordnung nach F i g. 1. In the following the invention is based on only one embodiment Illustrative drawing explained in more detail. It shows F i g. 1 schematically shows an arrangement for circulating a liquid electrolyte of a battery assembly and Fi g. 2 a Diagram of the effect of the arrangement according to FIG. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung dient zum Umwälzen eines flüssigen Elektrolyten eines mehrere Zellen 1 aufweisenden Batterieverbandes, insbes. aus Blei/ Säure-Akkumulatoren. Die jeweils mit einer Elektrolytabführung 2 und einer Elektrolytzuführung 3 versehe- nen Zellen 1 sind über eine Elektrolytleitung 4 mit einem zentralen Elektrolytsammler 5 verbunden, der mit einer Temperiereinrichtung 6, 7 ausgerüstet ist. Für den Hin-und Hertransport des Elektrolyten ist ein Druckerzeugungsaggregat 8, 9, 10 vorgesehen, welches abwechselnd Gasüberdruck- und Gasunterdruckimpulse erzeugt. The in F i g. 1 arrangement is used to circulate a liquid Electrolytes of a battery assembly having several cells 1, especially from Lead / acid batteries. Each with an electrolyte drain 2 and one Electrolyte supply 3 provided NEN cells 1 are via an electrolyte line 4 connected to a central electrolyte collector 5 with a temperature control device 6, 7 is equipped. A pressure generator is used to transport the electrolyte back and forth 8, 9, 10 provided, which alternating gas overpressure and gas underpressure pulses generated.

Das genannte Druckerzeugungsaggregat 8, 9, 10 ist über eine Druckleitung 11 mit einem oberen Gasraum 12 der gasdicht ausgeführten Zellen 1 verbunden. Die bis in den Zellenbodenbereich geführte rohrförmige Elektrolytabführung 2 und die im Elektrolytspiegelbereich endende, mit einem Rückschlagventil 13 versehene rohrförmige Elektrolytzuführung 3 sind oberhalb des Elektrolytspiegels miteinander vereinigt und an die Elektrolytleitung 4 angeschlossen. Said pressure generating unit 8, 9, 10 is via a pressure line 11 is connected to an upper gas space 12 of the cells 1, which are designed to be gas-tight. the Tubular electrolyte discharge 2 and the Ending in the electrolyte level area, provided with a check valve 13 tubular Electrolyte feed 3 are combined with one another above the electrolyte level and connected to the electrolyte line 4.

Das Druckerzeugungsaggregat 8, 9, 10 besteht aus einer mit Umschaltventilen 9, 10 versehenen Vakuumpumpe 8, deren Druckseite bei Erzeugung eines Gasunterdruckimpulses mit einer in den im Elektrolytsammler 5 befindlichen Elektrolyten eintauchenden Druckluftleitung 14 verbunden ist. Außerdem erkennt man in der Figur, daß die Elektrolytleitungen 4 mit einer einstellbaren Drossel 15 versehen sind. Jede Zelle list mit einer Füllstandsregeleinrichtung ausgerüstet, die aus einer in Höhe des unteren Elektrolytspiegelniveaus in der Elektrolytabführung 2 angebrachten Bohrung 16 mit einem im Verhältnis zum Innendurchmesser der Elektrolytabführung 2 kleinen Durchmesser und aus einem in Höhe des oberen Elektrolytspiegelniveaus am freien unteren Ende der Elektrolytzuführung 3 vorgesehenen Schwimmerventil 17 besteht. The pressure generating unit 8, 9, 10 consists of one with switching valves 9, 10 provided vacuum pump 8, the pressure side when generating a gas negative pressure pulse with one immersed in the electrolyte located in the electrolyte collector 5 Compressed air line 14 is connected. It can also be seen in the figure that the electrolyte lines 4 are provided with an adjustable throttle 15. Each cell list with a level control device equipped, which consists of a level with the lower electrolyte level in the electrolyte drain 2 attached bore 16 with a ratio to the inner diameter of the electrolyte discharge 2 small diameter and one level with the upper electrolyte level float valve 17 provided at the free lower end of the electrolyte feed 3 consists.

Der Elektrolytsammler 5 enthält einen Füllstandsensor 18. Zur Erzeugung der zum Betrieb nötigen Druck-und Unterdruckimpulse dient die Vakuumpumpe 8. Je nach Bedarf kann über die Magnetventile 9 und 10 ein bestimmter Druck oder Unterdruck in allen angeschlossenen Zellen erzeugt werden. Die während des Unterdruckimpulses anfallende Abluft wird in den Elektrolytsammler 5 eingeleitet und sorgt dort für eine gute Durchmischung des Elektrolyten. Es bedarf keiner besonderen Erklärung, daß der Elektrolytsammler 5 mit nützlichen Zusatzeinrichtungen wie der Heizung 6, der Kühlung 7, der zentralen Füllstandsabfrage 19, Elektrolytdichte-Messung 20 und Entgasung 21 ausgestattet werden kann. Auch die Einbringung sogenannter »Spreizmittel« oder anderer Stoffe zur Batteriebehandlung kann zentral erfolgen. Dies bedeutet, daß während der gesamten Lebensdauer der Batterie alle Eingriffe und Messungen zentral an einem Punkt vorgenommen werden können. Dies ist insbesondere bei vielzelligen und schwer zugänglichen Batterien - wie sie im Elektrokraftfahrzeug-Bereich typisch sind - von Bedeutung. The electrolyte collector 5 contains a level sensor 18 for generation the vacuum pump 8 each serves the pressure and vacuum pulses required for operation If required, a certain pressure or negative pressure can be applied via the solenoid valves 9 and 10 can be generated in all connected cells. The one during the vacuum pulse Accruing exhaust air is introduced into the electrolyte collector 5 and takes care of there thorough mixing of the electrolyte. No special explanation is required that the electrolyte collector 5 with useful additional equipment such as the heater 6, the cooling 7, the central filling level query 19, electrolyte density measurement 20 and Degassing 21 can be equipped. The introduction of so-called "spreading agents" or other substances for battery treatment can be done centrally. This means, that all interventions and measurements are centralized throughout the life of the battery can be made at one point. This is especially true with multicellular ones and batteries that are difficult to access - as are typical in the electric vehicle sector are - important.

Claims

Claims: 1. Arrangement for circulating a liquid electrolyte a battery assembly with several cells, in particular made of lead / acid accumulators, each provided with an electrolyte discharge and an electrolyte supply Cells via an electrolyte line with one equipped with a temperature control device central electrolyte collector are connected and for the transport of the Electrolytes generate alternating gas overpressure and gas underpressure pulses Pressure generating unit is provided, characterized in that the pressure generating unit (8-10) via a pressure line (11) with an upper gas space (12) which is gas-tight Cells (1) is connected and that the tubular, which extends into the cell bottom area Electrolyte discharge (2) and the one that ends in the electrolyte level area, with a check valve (13) provided tubular electrolyte feed (3) above the electrolyte level are combined with one another and connected to the electrolyte line (4).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the pressure generating unit (8-10) consists of a vacuum pump (8) provided with switching valves (9, 10), their pressure side when generating a gas negative pressure pulse with one in the electrolyte collector (5) located electrolyte immersing compressed air line (14) is connected.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrolyte lines (4) are provided with an adjustable throttle (15).

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that each cell (1) with a level control device from one level with the lower Electrolyte level in the electrolyte drain (2) drilled hole (16) with a small one in relation to the inner diameter of the electrolyte outlet (2) Diameter and one at the level of the upper electrolyte level at the free The float valve (17) provided at the lower end of the electrolyte feed (3) is.

The invention relates to an arrangement for circulating a liquid Electrolytes of a battery assembly with several cells, in particular from lead / acid accumulators, each provided with an electrolyte discharge and an electrolyte supply Cells via an electrolyte line with one equipped with a temperature control device central electrolyte collector are connected and for the transport of the Electrolytes, a pressure generator that alternates between positive and negative gas pressure pulses is provided.

It is known that electrical energy storage devices with high alternating loads unsatisfactorily short service life with inconsistent operating behavior achieve. This is particularly evident from experience with the lead / acid accumulator confirmed in the electric vehicle. It is particularly annoying that the performance not only over the service life, but also in the course of a single discharge decreases sharply. The reason for this phenomenon is a steadily increasing exhaustion of the reactants involved. Basically, this behavior is electrochemical conditional and therefore not completely avoidable. However, it is possible the quick Decrease in performance in the range of usual depths of discharge (up to approx. 80% KB) to slow down to such an extent that it does not noticeably impair driving operations.

To do this, it is necessary to use anti-reaction mechanisms to weaken and to reinforce reaction-promoting. Responsible for an avoidable Impairment of the discharge and charge reaction are differences in concentration in the Electrolytes in the cell and in the cell structure, temperature differences in the cell and in the cell network, operating temperatures that are too low or too high and gas formation or release.

If you leave the inevitably occurring acid stratification as well as the Gas and heat develop themselves, a state of imbalance arises with, in some cases, greatly reduced utilization of the available active materials. As a result, there is a deterioration in performance as well as a decrease to observe the service life. The reason is that both a stratified acid, large gas pockets in the plate area as well as local warming lead to an uneven temperature Lead power distribution.

Usual methods to reduce or avoid this problem often have opposite effects.

So promotes z. B. a strong gassing at the end of the load, although the acid mixing, however, it often forms large gas pockets, which reduce the effectiveness of the measure can reduce or even reverse.

In addition, strong gassing promotes the precipitation of active masses and lowers the charging / discharging efficiency. It is also known that both Acid stratification as well as local temperature increases the so-called grid corrosion promote or accelerate.

Accordingly, there is the general goal of accompanying the reaction as described Avoid problems. In addition, the conditions for non-reactive Downtimes as they occur regularly when operating electric vehicles can be improved (parking without network connection). For this it is necessary that Concentration differences in the "free" electrolyte (outside the electrode pores) are prevented from arising, the natural exchange (diffusion) between »pore electrolyte« at the reaction site and "free" electrolyte is accelerated that is on the electrodes Persistently adhering reaction-related gas is removed, temperature differences can be avoided in the cell and in the cell structure and a more favorable operation Temperature range is maintained. This applies to the entire duration of the Charge and discharge reactions. The system that meets these requirements must have it be simple and robust and economical to manufacture. One such System has not yet become known.