DE3712551C2 - Durch Druckgas aktivierbare Batterie - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine durch Druckgas aktivierbare Batterie mit einem von der Batterie getrennten Elektrolytvorratsraum und einer zentralen Gasabführung aus der Batterie.

Bei schnell aktivierbaren Batterien wird mit Hilfe von Druckgas Elektrolyt über Verrohrungssysteme in Zellen gepreßt, wobei der Elektrolyt aus Beuteln oder anderen Reservoiren herausgedrückt wird. Dabei müssen die Zellen während der Aktivierung entlüftet werden und auch das während der Entladung anfallende Gas muß abgeführt werden. Derartige Batterien finden Anwendung in Unterwassergeräten, Luft- oder Raumfahrtgeräten oder sind als Notstrom­ versorgungen einsetzbar.

Aus der US-PS 3,510,361 ist ein System zur Aktivierung und Entlüftung von Batterien bekannt, bei dem der Elektrolytvorrat aus einem Elektrolytbehälter durch einen gasdruckbetriebenen Kolben in die Batterie gepreßt wird. Die zur Batterie führende Auslaßöffnung des Elektrolytbehälters ist mit einer durch Druck zerstörbaren Membran verschlossen. Sobald ein bestimmter Druck durch den in Richtung der Membran verschobenen Kolben im Elektrolyten über­ schritten wird, bricht die Membran, so daß Elektrolyt in die Batterie strömt. Der Kolben preßt bei Annäherung an die mit der Auslaßöffnung versehene Wand eine Nadel gegen eine zweite Membran, die den hinter dem Kolben befindlichen Raum mit der äußeren Umgebung verbindet. Zur Entlüftung der Batterie dienen dabei Kanäle, die über ein Federventil mit dem hinter dem Kolben befindlichen Raum verbunden sind. Sobald der Gasdruck in der Batterie die Ansprechschwelle des Federventils übersteigt, wird eine Verbindung zwischen der Batterie und einem hinter dem Kolben befindlichen Raum hergestellt. Über diesen Raum gelangen die aus der Batterie strömenden Gase zu der bereits zerstörten zweiten Membran und somit in die äußere Umgebung.

Aus der US-PS 3,075,035 ist ebenfalls eine durch Druckgas betätigte Elektro­ lytfüllvorrichtung bekannt. In einem geschlossenen Elektrolytvorratsbehälter befindet sich eine Expansionsblase, die bei Aktivierung durch Druckgas aufge­ blasen wird. Der Vorratsbehälter ist daneben mit einer Schneidevorrichtung versehen, die bei Aktivierung durch Zerstörung einer Trennwand den Vorrats­ behälter mit dem Akkumulator verbindet. Der von der Expansionsblase ver­ drängte Elektrolyt kann dann in den Akkumulator gepreßt werden.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist die Gasabfuhr mangelhaft, dadurch kann insbesondere während der Aktivierungsphase das Einströmen des Elektro­ lyten verzögert werden.

Eine durch Druckgas aktivierbare Batterie, die eine schnelle Aktivierung ermöglicht und bei der auch ein über mäßiger Druckaufbau in der Zelle während des Entladens verhindert wird, ist dem deutschen Patent 23 29 362 zu ent­ nehmen. Bei diesem System sind Elektrolytbehälter und Zellen über Entlüf­ tungsleitungen und Aktivierungsleitungen miteinander verbunden. Eine Entlüf­ tungsleitung ist an ein eine Öffnung besitzendes Entlüftungsventil ange­ schlossen, der Elektrolytbehälter ist über eine Aktivierungsgasleitung mit einem Druckgasbehälter und mit einem eine Öffnung besitzenden Absteuer­ ventil verbunden und in der Aktivierungsleitung ist ein Laugeventil vorgesehen.

Die beiden Ventile und das Laugeventil werden über Antriebsgasleitungen an den Druckgasbehälter angeschlossen, und der Druck in der Aktivierungsgaslei­ tung ist über ein einstellbares Ventil abbaubar.

Wenn ein derartiges Batteriesystem in einem geschlossenen Behälter unterge­ bracht wird, werden durch die zentrale Abgasöffnung der Batterie bei der Entladung Dampf und auch Laugepartikel in den Behälter abgeführt. Dieser Dampf und die gegebenenfalls mitgerissenen Laugepartikel können im Behälter kondensieren und dadurch zu elektrischen Kurzschlüssen des Systems führen oder Korrosionseinwirkungen mit sich bringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einerseits stets für eine gute Entlüftung der Batterie in allen Betriebsphasen zu sorgen, andererseits aber bei der Entladung der Zellen entstehende Dämpfe und mitgerissene Elektrolyt­ bestandteile vom Innenraum des das Zellensystem umgebenden Behälters fernzuhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der von einem geschlossenen Behälter umgebenen, durch Druckgas aktivierbaren Batterie, die zentrale Gasabführung der Batterie zumindest während und nach der Entladung der Batterie mittels einer Schlauchleitung mit einem Rückschlagventil verbun­ den ist, das den Behälterinnenraum mit seiner Umgebung verbindet. Das Aktivierungssystem ist dabei so ausgelegt, daß während der Aktivierungsphase der Batterie die zentrale Gasabführung mit dem die Batterie aufnehmenden Behälter in Verbindung steht. Dazu ist die zentrale Gasabfuhr mit einem Absteuerventil verbunden, das während der Aktivierungsphase Batterie und Behälter verbindet und nach Druckausgleich zwischen Batterieinnenraum und Behälter die Gasabführung auf die Schlauchleitung mit Rückschlagventil umschaltet.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei schematisch die mit Druckgas aktivierbare Batterie. Fig. 2 zeigt schematisch das Absteuerventil.

Die zu aktivierende Batterie, beispielsweise eine Anzahl von Silber/Zink/Zel­ len 1, ist vor Inbetriebnahme dadurch versiegelt, daß der Elektrolyt in ver­ schweißten Kunststoffbeuteln untergebracht ist. Bei der Aktivierung werden diese Beutel durch eine Schneidvorrichtung 5 geöffnet. Die Schneidvorrichtung wird betätigt aus der Druckgasflasche 4 über Leitung 6. Durch den bei Beginn der Aktivierung anstehenden Druck werden ein Umsteuerventil 7 und ein Absteuerventil 3 betätigt. Das Druckgas strömt dann über Leitung 9, in welcher gegebenenfalls noch eine Drossel zur Druckerniedrigung vorgesehen ist, durch Absteuerventil 8 und Leitung 10 in den Laugetank 2, in dem der Elektrolyt in Kunststoffbeuteln angeordnet ist. Der Elektrolyt wird durch den Gasdruck der Druckgasflasche 4 aus den Elektrolytbeuteln in die Batterie 1 gedrückt. Während dieser Aktivierungsphase wird die aus der Batterie durch den Elektrolyten verdrängte Luft über einen Laugesammler 3 bzw. Laugeab­ scheider und Leitung 11 sowie Umsteuerventil 7 und Leitung 12 zum Absteuer­ ventil 8 geführt und tritt durch Leitung 15 in den Innenraum des Behälters 13.

Sobald ein Druckausgleich zwischen Batterie 1 und umgebendem Behälterraum erreicht ist, schalten das Umsteuerventil 7 und das Absteuerventil 8 um. Der Druckausgleich wird durch eine feine Bohrung im Schieber des Absteuerventils 8 erreicht. Damit ist die eigentliche Aktivierungsphase beendet. Die Batterie entwickelt während der Entladung, insbesondere wenn sie sehr schnell entladen wird, hohe Temperaturen und es entsteht eine nennenswerte Menge Gas und Dampf, welcher auch Elektrolytpartikel mit sich trägt. Dieses Gas-Dampf- Gemisch gelangt über Leitung 11 und Umsteuerventil 7 in die Laugetanks 2, die als Abscheider dienen und über Leitung 10 zum Absteuerventil 8. Aus dem Absteuerventil 8 gelangt der Dampf erfindungsgemäß über die Schlauchleitung 14 zu einem Rückschlagventil 16, welches den geschlossenen Außenbehälter 13 mit der Umwelt verbindet. Der bei der Entladung der Batterie entstehende Dampf gelangt somit nicht in das Innere des Außenbehälters 13, wo er kondensieren würde, sondern wird direkt nach außen abgeführt.

Es ist vorteilhaft, ein weiteres Einwegventil 18 vorzusehen, das einem Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Behälters 13 und dem Raum außerhalb des Behälters 13 dient, damit die Druckdifferenz zwischen Batterie 1 und Behälter 13 keine zu hohen Werte erreicht.

Fig. 2 zeigt schematisch das Absteuerventil 8. In der dargestellten Stellung erfolgt die Aktivierung der Batterie. Das Druckgas wird dem Ventil über Leitung 9 zugeführt und kann über Leitung 10 direkt zum Laugetank 2 fließen. Die aus der Batterie bei der Aktivierung austretende Luft wird über Umsteuer­ ventil 7 und Leitung 12 in das Absteuerventil 8 und über Leitung 15 direkt in den Innenraum des Behälters 12 geführt. Über eine im Ventilteil 17 (Schieber) vorgesehene Kapillare 19 kann der Druck aus dem Laugebehälter über Leitung 10 langsam wieder abgebaut werden.

Sobald der Innendruck im Behälter 13 dem Innendruck der Batterie 1 annähernd entspricht, schaltet das Absteuerventil 8, betätigt durch die Feder 20 um, Ventil 17 wird geöffnet und Ventil 18 geschlossen. Gas und Dampf aus der Batterie 1 gelangen nunmehr über Leitung 11 und Umsteuerventil 7, Laugetank 2 und Leitung 10 zum Absteuerventil 8 und von dort in die Schlauchleitung 14 zum Rückschlagventil 16 und damit in die äußere Umgebung des Behälters 13. Die Feder 20 ist dabei so bemessen, daß bei einer bestimmten Druckdifferenz zwischen Batterie 1 und Behälter 13 der Ventilsitz 18 etwas angehoben wird, damit Gas vom Laugetank und Leitung 10 auch direkt in den Behälter 13 gelangen kann, um zu hohen Druck aus dem System zu nehmen.

Anstelle von mechanischen Ventilsystemen können selbstverständlich auch Magnetventile verwendet werden, welche zeit- oder druck- oder temperatur­ abhängig gesteuert werden, um das Gas und in der Batterie entstehenden Dampf nach der Aktivierungsphase in die Schlauchleitung 14 und über das Rückschlagventil 16 in die Umgebung des Behälters 13 zu leiten.

Claims (4)

1. Durch Druckgas aktivierbare Batterie mit einem von der Batterie ge­ trennten Elektrolytvorratsraum und einer zentralen Gasabführung aus der Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß das Batteriesystem (1) in einem geschlossenen Behälter (13) angeordnet ist und daß die zentrale Gasab­ führung der Batterie (1) (zumindest während und nach der Entladung der Batterie) mittels einer Schlauchleitung (14) mit einem Rückschlagventil (16) verbunden ,ist, welches das Innere des Behälters (13) mit der Umwelt verbindet.

2. Durch Druckgas aktivierbare Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während der Aktivierungsphase der Batterie (1) die zentrale Gasabführung mit dem Innenraum des die Batterie aufnehmenden Behäl­ ters (13) in Verbindung steht.

3. Durch Druckgas aktivierbare Batterie nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Gasabführung mit einem Ab­ steuerventil (8) verbunden ist, das während der Aktivierungsphase Batterie (1) und Innenraum des Behälters (13) verbindet und welches nach Druckausgleich zwischen Batterie-Innenraum (1) und Behälter (3) die Gasabführung auf eine Schlauchleitung (14) schaltet, die mit einem Rückschlagventil (16) verbunden ist, das den Behälterinnenraum mit der Umwelt verbindet.

4. Durch Druckgas aktivierbare Batterie nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterinnenraum mit der Schlauchlei­ tung (14) über ein Einwegventil (18) verbunden ist.