DE3902651A1 - Verfahren zur selbsttaetigen elektrolytumwaelzung in einer geschlossenen akkumulatorenzelle - Google Patents
Verfahren zur selbsttaetigen elektrolytumwaelzung in einer geschlossenen akkumulatorenzelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Elek
trolytumwälzung in einer geschlossenen Akkumulatorenzelle, die
eine Einrichtung zum Sammeln der beim Betrieb erzeugten Elek
trolysegase in Verbindung mit einem Flüssigkeitssteigrohr ent
hält, durch welches Elektrolyt aus dem unteren Raum der Zelle
in den oberen Raum transportiert wird, sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
Beim Betrieb elektrochemischer Sekundärzellen stellen sich
durch unausgewogene Massebelegungen der Elektroden, durch un
ausgeglichene Stromführung oder beides Inhomogenitäten in der
Elektrolytdichte ein. Bei Bleiakkumulatoren sind örtliche Dich
teänderungen des Säure-Elektrolyten sogar systembedingt, weil
die Schwefelsäure am stromliefernden Vorgang unmittelbar betei
ligt ist. Dies hat zur Folge, daß im Laufe zyklischer Beanspru
chung mit erschöpfender Entladung in Bodennähe des Zellgefäßes
sich eine höhere Konzentration und Dichte der Schwefelsäure
einstellt als im oberen Bereich.
Die Ausbildung einer solchen Elektrolytschichtung ist höchst
unerwünscht, weil wegen der Elektrolytverarmung im Bereich der
oberen Plattenenden die Zellkapazität vermindert wird.
Vorrübergehend lassen sich Inhomogenitäten der Elektrolytdichte
mit Hilfe eines Rühres oder durch die Rührwirkung aufsteigender
Gasblasen, die man während des Wiederaufladens bei hoher Ober
ladespannung erzeugt, wieder aufheben. Dies ist die übliche
Praxis.
Es sind aber auch bereits Sekundärzellen mit dicht verschlosse
nen Gehäusen bekannt, in denen eine Elektrolytumwälzung ohne
direkten äußeren Eingriff, allenfalls durch Lageveränderung
oder vorzugsweise mit Hilfe der Zellengase erfolgt. So führt
bei einer Traktionszelle gemäß DE-OS 33 14 174 eine Trennwand
quer durch den Gasraum und weiterhin quer durch den Platten
block hindurch, derart, daß zwei unabhängige Gasräume vorhanden
sind, wobei die an sie angrenzenden Elektrolyträume jedoch im
Bodenbereich unterhalb des Plattenblocks miteinander kommuni
zieren. Indem die Trennwand oberhalb des Elektrolytspiegels
eine Öffnung mit angelenkter Klappe besitzt, die sich nach Art
eines Rückschlagventils nur nach einer Richtung hin öffnet,
kann ein bei einer durch Schrägstellung des Fahrzeugs sich
ergebender Unterschied der Elektrolytstände einen Übertritt von
Elektrolyt in Durchlaßrichtung von einem Teilraum in den ande
ren veranlassen, wo Sich der Elektrolyt unmittelbar über die
Platten ergießt.
Eine aus der US-PS 43 08 322 bekannte Akkumulatorenzelle be
dient sich zum Zwecke der Elektrolytbewegung des Prinzips der
Blasenpumpe. Bei dieser wird die Saugwirkung von seitlich in
ein Flüssigkeitssteigrohr eingeleiteten Gasblasen ausgenutzt.
Bei der nämlichen Zelle entstammen die Blasen einem Vorrat aus
den eigenen Zellengasen, die unterhalb des Elektrolytspiegels
unter einer den Plattenblock überdeckenden Haube gesammelt wer
den und über einen Kanal zum Steigrohr gelangen, durch dessen
obersten Abschnitt sie bis in den überstehenden Elektrolyten
und weiter bis in den Gasraum aufsteigen. Dabei setzen sie eine
Elektrolytzirkulation in Gang. Für diese selbsttätige Elektro
lytumwälzung ist eine starke Auftriebskraft der Blasen günstig,
die einen erheblichen Elektrolytüberstand erfordert. Die sich
von der Öffnung des Zuführungskanals ablösenden Blasen müssen
ferner eine ausreichende Größe besitzen, um den Querschnitt des
Steigrohres vollständig auszufüllen, da sonst Elek
trolytflüssigkeit an ihnen vorbei wieder abwärts fließt und der
Pumpeffekt vermindert ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einer ge
schlossenen Akkumulatorenzelle unter Ausnutzung der Treibkraft
gesammelter Zellengase für einen Flüssigkeitstransport den ört
lichen Elektrolytaustausch noch intensiver zu gestalten und
dieses Ziel mit möglichst einfachen Mitteln zu erreichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren,
wie es in Patentanspruch 1 angegeben ist, bzw. durch eine Vor
richtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wie sie im Pa
tentanspruch 2 definiert ist.
Anders als in der zuletzt erwähnten bekannten Vorrichtung wird
gemäß der Erfindung, die vorzugsweise Bleiakkumulatoren be
trifft, der Druck-Volumen-Schub der im Elektrolytraum der Zelle
zunächst festgehaltenen Ladegase unmittelbar auf den Elektroly
ten übertragen, woraufhin dieser durch ein Steigrohr in einen
oberhalb der Elektrodenplatten gelegenen Raum ausweicht. Aus
diesem erfolgt die Rückkehr der verdrängten Elektrolytmenge im
mer dann, wenn sich ein Bodenventil im oberen Raum öffnet, wel
ches auf einen bestimmten Abfall des Elektrolytstandes im
Elektrolytraum anspricht. Dieser Vorgang kann sich bei jeder
Ladung beliebig oft wiederholen. Der Elektrolyt ist auf diese
Weise einer besonders gründlichen Zirkulation unterworfen.
Um das erfindungsgemäße Verfahren und den ihm zugrundeliegen
den Mechanismus der Elektrolytbewegung näher zu erläutern, wird
anhand der Fig. 1 bis 4 ein Funktionsmodell beschrieben.
Dieses Modell steht beispielhaft für eine Reihe möglicher Akku
mulatorenzellen gemäß der Erfindung, die sich nur durch kon
struktive Einzelheiten, etwa durch andere Ausführungsformen der
Ventile oder Maßnahmen zu deren Steuerung, voneinander unter
scheiden könnten.
Fig. 1 zeigt die Zelle im Zustand der Ruhe bzw. bei begin
nender Gasung.
Fig. 2 zeigt die Zelle mit aus dem Elektrolytraum herausge
drücktem Elektrolyten.
Fig. 3 zeigt die Zelle mit geöffnetem Gasauslaß- und Elek
trolyteinlaßventil.
Fig. 4 zeigt die Zelle nach Rückfluß des herausgedrückten
Elektrolyten in den Elektrolytraum.
Nach Fig. 1 besitzt die Zelle ein dichtes Gehäuse 2 mit einem
Ventil 3. Eine horizontale Trennwand 4, durch welche das Steig
rohr 5 hindurchgeführt ist, sperrt den Elektrolytraum 6 von ei
nem oberen Behälter 7 ab. In der Trennwand sind nebeneinander
ein von einem Schwimmer 8 betätigtes Gasauslaßventil 9 und ein
Elektrolyteinlaßventil 10 angeordnet. Letzteres wird durch He
ben und Senken einer Gassammelglocke 11 betätigt, welche beide
Ventile übergreift. Die Gassammelglocke hebt und senkt sich
durch eine Kippbewegung um eine in der Ebene der Trennwand 4
liegende horizontale Achse 12 und ist dabei durch ein Gegenge
wicht 13 stets ausbalanciert. Mit einer kleinen Bohrung 14 be
sitzt die Gassammelglocke einen eigenen Gasauslaß.
Die Elektrolytbewegung geschieht mit Hilfe der er
findungsgemäßen Einrichtung nun wie folgt:
Der Schwimmer 8 verschließt das Gasauslaßventil 9 so, daß bei
einsetzender Gasentwicklung dieses nicht entweichen kann (Fig.
1). Unter dem auf die Elektrolytoberfläche wirkenden Druck wird
Elektrolyt aus dem unteren Bereich des Elektrolytraumes 6 durch
das Steigrohr 5 nach oben gedrückt. Der Elektrolyt fließt in
den oberen Behälter 7, das dort befindliche Gas kann durch das
Ventil 3 ausströmen. Jedoch kann der Elektrolyt den Raum 7
nicht verlassen, da sowohl Ventil 9 durch den Schwimmer 8 als
auch Ventil 10 durch dessen Eigengewicht verschlossen sind (Fi
gur 2).
Ist jedoch soviel Elektrolyt in den Behälter 7 gepumpt, daß der
Elektrolytspiegel so weit gefallen ist, daß der Schwimmer 8 das
Ventil 9 nicht mehr verschließt, verdrängt das durch Ventil 9
aufsteigende Gas in Glocke 11 den dortigen Elektrolyten. Glocke
11 erhält dadurch Auftrieb und öffnet Ventil 10. Dadurch fließt
der Elektrolyt von Behälter 7 in die Zelle zurück (Fig. 3).
Wenn kein Elektrolyt in Behälter 7 mehr vorhanden ist, entfällt
auch die Auftriebskraft für Glocke 11. Ventil 10 wird wieder
verschlossen, und der Kreislauf kann von neuem beginnen (Fig.
4). Dabei ermöglicht es die kleine Bohrung 14 in Glocke 11 dem
dort eingeschlossenen Gas, langsam durch den wieder in Behälter
7 geförderten Elektrolyten verdrängt zu werden (vergleiche Fi
gur 2). Dadurch wird verhindert, daß mit steigendem Elektro
lytspiegel in Behälter 7 die Glocke 11 das Ventil 10 schon vor
zeitig öffnet. Dies geschieht erst durch die rasche Gaszufuhr,
wenn Ventil 9 durch den Schwimmer 8 geöffnet wird.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung kann die
Steuerung des Gas-Auslaßventils 9 statt durch einen Schwimmer
auch mit Hilfe eines mechanisch, elektrisch oder elektronisch
arbeitenden Sensors erfolgen, indem dieser auf einen vorgegebe
nen Füllgrad des oberen Zellenraumes anspricht und die Öffnung
des Ventils veranlaßt, nach Entleerung des oberen Zellenraumes
das Ventil dagegen wieder schließt. Geeignete Sensoren könnten
beispielsweise aus zwei Paar Leiterstücken bestehen, welche in
verschiedenen Höhen im oberen Zellenraum entsprechend einem
"Vollzustand" bzw. einem "Leerzustand" angeordnet sind. Er
reicht die hochgepumpte Elektrolytmenge das obere Leiterpaar,
verursacht der Elektrolytschluß zwischen ihnen eine Wider
standsänderung, die als Signal zum Öffnen des Ventils genutzt
werden kann. Umgekehrt spricht das untere Leiterpaar durch Ver
lust der elektrolytleitenden Verbindung bei Absinken der Elek
trolytmenge auf ein tieferes Niveau an und veranlaßt die
Schließung des Ventils.
Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem darin, daß sich
keine Inhomogenitäten im Elektrolyten ausbilden können und daß
für die Elektrolytzirkulation keine unnötige Überladung erfor
derlich ist. Daraus ergeben sich eine Ersparnis an Ladeenergie
sowie ein verminderter Wasserverbrauch.
Der selbsttätige Umwälzmechanismus macht die Zelle von einer
externen Druckgasquelle oder einem zentralen Pumpaggregat frei.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen einfachen Auf
bau, ist preisgünstig und kann komplett, nämlich als Nachrüst
teil oder Zusatzeinrichtung, in vielen marktgängigen Akkumula
torenzellen eingesetzt werden, ohne daß konstruktive Änderungen
an diesen vorgenommen werden müßten.
Bei zu großer Gasentwicklung verläßt das gebildete
Elektrolysegas die Zelle und trägt somit zu Wasserverlusten
bei, wenn auch diese Wasserverluste durch die wirkungsvolle
Schichtungsverhinderung gering sind. Bringt man in den oberen
Raum einen Rekombinator ein, der Wasserstoff und Sauerstoff
wieder zu Wasser rekombiniert, werden im Idealfall
Wasserverluste ganz vermieden. Dieser Zustand ist wegen der
zeitweise unstöchiometrischen Zusammensetzung des
Elektrolysegases nur zu erreichen, wenn ein hinreichend großes
Gaspuffervolumen unterzubringen ist, wozu man den Gasraum 7
entsprechend groß wählt und zweckmäßigerweise entsprechend der
DE-PS 28 04 583 anstelle des Ventils 3 ein Doppel
funktionsventil verwendet.
Claims (9)
1. Verfahren zur selbsttätigen Elektrolytumwälzung in einer
geschlossenen Akkumulatorenzelle, die eine Einrichtung zum
Sammeln der beim Betrieb erzeugten Elektrolysegase in Ver
bindung mit einem Flüssigkeitssteigrohr enthält, durch
welches Elektrolyt aus dem unteren Raum der Zelle in den
oberen Raum transportiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der transportierte Elektrolyt im oberen Zellenraum ge
sammelt wird und daß er über eine vom Elektrolytstand ge
steuerte Ventilanordnung wieder in den unteren Zellenraum
zurückfließt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatorenzelle mit
tels einer im wesentlichen horizontal angeordneten Trenn
wand (4) in einen unteren Raum, welcher die aktiven Be
standteile und den Elektrolyten enthält, und einen oberen
Raum aufgeteilt ist, wobei durch ein die Trennwand durch
dringendeg Flüssigkeitssteigrohr (5) Elektrolyt vom unte
ren Raum in den oberen Raum förderbar ist, und daß in der
Trennwand Ventile (9, 10) zur Entlüftung des unteren Raumes
einerseits und zur Rückführung von Elektrolytflüssigkeit
in denselben andererseits vorhanden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Oberseite der Trennwand eine Gassammelglocke (11)
angeordnet ist, welche die Ventile übergreift und durch
Anheben das Rückflußventil (10) für den Elektrolyten öff
net, durch Absenken dagegen schließt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Gasauslaßventil (9) ein von einem Schwimmer
(8) betätigtes Ventil ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Gasauslaßventil (9) durch einen Sen
sor betätigbar ist, welcher bei Erreichen eines vorgegebe
nen Flüssigkeitsstandes im oberen Zellenraum die Öffnung,
bei Erreichen des Leerzustandes dagegen die Schließung
veranlaßt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Glocke (11) eine Entlüftungsöffnung
(14) besitzt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß für den oberen Raum ein Sicherheitsven
til (3) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß im oberen Raum ein Rekombinator für die
Rekombination der aus dem unteren Raum entweichenden Elek
trolysegase angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der obere Raum anstelle des Sicherheitsventils ein Doppel
funktionsventil enthält, welches zur äußeren Atmosphäse
oberhalb eines vorgegebenen Überdrucks und unterhalb eines
vorgegebenen Unterdrucks öffnet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3902651A DE3902651C2 (de) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Elektrolytumwälzung in einer geschlossenen Akkumulatorenzelle |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3902651A1 true DE3902651A1 (de) | 1990-08-02 |
DE3902651C2 DE3902651C2 (de) | 1997-12-18 |
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ID=6373054
Family Applications (1)
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DE3902651A Expired - Fee Related DE3902651C2 (de) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Elektrolytumwälzung in einer geschlossenen Akkumulatorenzelle |
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DE (1) | DE3902651C2 (de) |
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1989
- 1989-01-30 DE DE3902651A patent/DE3902651C2/de not_active Expired - Fee Related
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