DE3913546A1 - Accumulator cell with electrode plates - has electrode grids with square frame and crossing grid bars and grid fields formed receiving active mass - Google Patents
Accumulator cell with electrode plates - has electrode grids with square frame and crossing grid bars and grid fields formed receiving active massInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Akkumulatorenzelle mit positiven und negativen Elektrodenplatten, deren Elektrodengitter aus einem rechteckigen Rahmen mit sich kreuzenden Gitterstäben und mit einer Vielzahl von diesen gebildeter Gitterfelder zur Aufnahme der Aktivmassen bestehen.The invention relates to an accumulator cell with positive and negative Electrode plates, the electrode grid of which consists of a rectangular frame crossing bars and with a variety of these formed grid fields to absorb the active masses.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich vorzugsweise auf Akkumulato ren des Blei-Säure-Typs. Ihr besonderes Anliegen ist es, einen solchen Akkumulator mit extrem hoher Strombelastbarkeit verfügbar zu machen.The field of application of the invention preferably extends to accumulators lead-acid type. Your special concern is such an accumulator with an extremely high current carrying capacity.
Für die Masseausnutzung und das Stromleitvermögen pastierter Gitterplatten von Bleiakkumulatoren spielt die geometrische Gestaltung des Gitters eine entschei dende Rolle.For the mass utilization and the conductivity of pasted grid plates from Lead accumulators play a decisive role in the geometric design of the grid ending role.
Es sind bereits zahlreiche Gitterformen bekannt, mit denen man versucht hat, für die meist divergierenden Forderungen eine annehmbare Kompromißlösung zu fin den.There are already numerous lattice shapes known that have been tried for the mostly divergent demands to find an acceptable compromise solution the.
Die wesentlichen Aufgaben des Gitters sind folgende:The main tasks of the grid are as follows:
- a) die in das Gitter einpastierte aktive Masse muß zur Stromlieferung gleichmäßig herangezogen werden,a) The active mass pasted into the grid must be uniform for the supply of electricity be used
- b) die durch die Entfernung der entlegenen Elektrodenbereiche vom Ort der zentralen Stromableitung (Fahne) bedingten Potentialabfälle müssen über die gesamte Elektrodenfläche gleichmäßig verteilt werden,b) by removing the remote electrode areas from the location of the Central power dissipation (flag) -related potential drops must over the the entire electrode area is evenly distributed,
- c) die ohm′schen Verluste in den Ableitersystemen müssen durch guten Kontakt zwischen Aktivmasse und Gitter minimiert werden,c) the ohmic losses in the arrester systems must be through good contact between active mass and grid are minimized,
- d) das Gitter muß unter allen Wechselbelastungen (Ladung, Entladung) korrosions stabil sein,d) the grid must be corrosive under all alternating loads (charge, discharge) be stable,
- e) das Totgewicht des Gittermaterials soll im Vergleich zum Gewicht des Aktiv materials so gering wie möglich sein.e) the dead weight of the lattice material should be compared to the weight of the active materials as low as possible.
Die letztgenannte Forderung hat zu einer Entwicklung hin zu extrem dünnen Gittern geführt, die aber Nachteile für das Einbringen und Festhalten von Aktiv material in ausreichender Menge mit sich bringen. The latter requirement has led to a development towards extremely thin ones Bars led, but the disadvantages for the introduction and holding of active bring enough material with you.
Die Stromableitung für sich allein läßt sich über die Gittergeometrie günstig beeinflussen. So wird mit einer radialen Anordnung zumindest eines Teils der Gitterstege, etwa gemäß EP-A 20 089, der Notwendigkeit Rechnung getragen, daß dem in Richtung Stromfahne sich verstärkenden Ladungsabfluß aus dem Gitterfeld eine mit abnehmender Entfernung zur Fahne wachsende Häufung von Leitmaterial entsprechen muß.The current dissipation alone can be favorably done via the grid geometry influence. So with a radial arrangement of at least part of the Lattice bars, for example in accordance with EP-A 20 089, the need taken into account that the increasing charge outflow from the grid field in the direction of the current vane a cluster of lead material that grows with distance from the flag must correspond.
Günstig sind auch Diagonalgitter, etwa gemäß GM 73 44 640, oder gemäß einem aus der DE-PS 32 34 342 bekannten Gitter, bei dem sich einem diagonalen Grundmuster ein System von Haupt- und Nebenleitern, die mit wachsender Nähe zur Stromleit fahne hin einen wachsenden Leitungsquerschnitt aufweisen, überlagert.Diagonal grids, for example in accordance with GM 73 44 640, or in accordance with one of are also favorable DE-PS 32 34 342 known grid, which is a diagonal basic pattern a system of main and secondary conductors that are increasingly close to the power line flag have a growing line cross-section, superimposed.
Der Annäherung an Gitterstrukturen mit besonders günstiger Stromverteilung sind jedoch von gießtechnischer Seite her Grenzen gesetzt, weshalb man bis heute meistens z. B. Startergitter mit einem gleichmäßigen rechteckigen Stegraster ver wendet. Bei einem solchen Netz aus sich kreuzenden Parallelscharen von Gitterstä ben können diejenigen der einen Richtung auch dicker als jene der anderen Richtung sein.The approach to grid structures with particularly favorable current distribution however, there are limits to the casting technology, which is why it is still used today mostly z. B. starter grid with a uniform rectangular web grid ver turns. With such a network of intersecting parallel shares of lattice bars Those in one direction can also be thicker than those in the other Direction.
Eine bekannte, die Ableitergeometrie der Elektrode betreffende Maßnahme besteht nach DE-PS 26 21 381 schließlich darin, daß die senkrechte Stirnkante der Elektrode, über ihre Länge verteilt, mit mehreren Polfahnen versehen wird und daß ein Polblech mit besserer elektrischer Leitfähigkeit als Blei nicht nur diese Stromfahnen, sondern auch die ähnlich angeordneten Stromfahnen weiterer Plattenelektroden gleicher Polarität mechanisch und elektrisch verbindet. Dadurch wird eine unterschiedliche Stromdichte auf den Plattenoberflächen, namentlich bei Platten großer Bauhöhe, vermieden.There is a known measure relating to the conductor geometry of the electrode according to DE-PS 26 21 381 finally in that the vertical front edge of the Electrode, distributed over its length, provided with several pole flags and that a pole sheet with better electrical conductivity than lead not only this Current flags, but also the similarly arranged current flags of others Mechanically and electrically connects plate electrodes of the same polarity. Thereby there is a different current density on the plate surfaces, especially at Large height panels, avoided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Akkumulatorenzelle mit Elektroden der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die besonders günstige Voraussetzungen zum Entladen mit sehr hohen Strömen besitzt.The invention has for its object a battery cell with electrodes of the type described in the introduction to indicate the particularly favorable conditions for discharging with very high currents.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Akkumulatorenzelle gelöst, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.The object is achieved by means of an accumulator cell, such as it is specified in claim 1.
Die wesentlichen Merkmale dieser Zelle bzw. der Elektrodenplatten, die ihr als Bausteine zugrundeliegen, werden durch Figurendarstellungen 1-5 verdeutlicht.The main features of this cell or the electrode plates that you as The underlying building blocks are illustrated by figure representations 1-5.
Fig. 1 zeigt eine Akkumulatorenzelle gemäß der Erfindung in drei beispielhaften Varianten im Schnitt. Fig. 1 shows an accumulator cell according to the invention in three exemplary variants in section.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Elektrode. Fig. 2 shows an electrode according to the invention.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Elektrode in einer anderen möglichen Ausfüh rung. Fig. 3 shows an electrode according to the invention in another possible embodiment.
Fig. 4 dient zur Erläuterung einer Widerstandsbeziehung für ein erfindungsgemä ßes Plattengitter. Fig. 4 serves to explain a resistance relationship for a plate grid according to the invention.
Fig. 5 dient zur Erläuterung der Widerstandsbeziehung für ein nicht erfindungsge mäßes Plattengitter. Fig. 5 is used to explain the resistance relationship for a non-fictional plate grid.
Es hat sich gezeigt, daß es für die Stromableitung nicht nur aus der einzelnen Elektrode, sondern auch aus einem kompletten Elektrodenblock günstig ist, wenn eine ganze Seite des Gitterrahmens, zumindest aber deren wesentlicher Teil, die Rolle des Elektrodenableiters übernimmt und wenn dieses Rahmenteil sich quer, d.h. im allgemeinen senkrecht, zu der Ebene des Gitters erstreckt.It has been shown that it is not just for individual power dissipation Electrode, but also from a complete electrode block is cheap if a whole side of the lattice frame, or at least its essential part, the Role of the electrode conductor and if this frame part crosses, i.e. generally perpendicular to the plane of the grid.
Gemäß Fig. 1 können erfindungsgemäße Elektroden 1 mit Gittern 2 dieses Merkmal auf mannigfache Weise erfüllen, z.B. indem das betreffende Rahmenteil 3 im rechten Winkel gegen das eigentliche Gitter abgeknickt ist (L-Form, Variante a), indem das Rahmenteil die Elektrodenebene auf beiden Seiten überragt (T-Form, Variante b) oder indem die Rahmenteile unter einem kleineren Winkel als 90° abgeknickt sind (Variante c).According to FIG. 1, electrodes 1 according to the invention with grids 2 can fulfill this feature in a variety of ways, for example by bending the relevant frame part 3 at right angles to the actual grid (L-shape, variant a), by the frame part covering the electrode plane on both sides protrudes (T-shape, variant b) or by kinking the frame parts at a smaller angle than 90 ° (variant c).
In jedem Fall ist der Ableiter aus dem mit aktivem Material versehenen Teil der Elektrode herausgehoben. In der Regel bedingt dies, daß der Ableiter durch größere Breite und/oder Dicke gegenüber den übrigen Rahmenabschnitten verstärkt ist. Erfindungsgemäß jedoch soll seine Dicke mindestens das Zweifache der Dicke eines Hauptgitterstabes (vgl. Fig. 2, 3) betragen. Als "Dicke" ist hierbei der Leitungs querschnitt, der von der Querschnittsform unabhängig ist, zu verstehen. In any case, the arrester is lifted out of the part of the electrode provided with active material. As a rule, this means that the arrester is reinforced by a greater width and / or thickness than the other frame sections. According to the invention, however, its thickness should be at least twice the thickness of a main lattice bar (cf. FIGS. 2, 3). The "thickness" is to be understood here as the line cross-section, which is independent of the cross-sectional shape.
Das Material des Ableiters kann sich von dem des Restgitters durch größeres Leitvermögen, z.B. Kupfer, unterscheiden. Vorzugsweise bildet der Ableiter bei einem rechteckigen Gitterrahmen eine der längeren Seiten.The material of the arrester can differ from that of the residual grid by larger Conductivity, e.g. Copper, distinguish. The arrester preferably forms a rectangular grid frame one of the longer sides.
Die Elektroden sind erfindungsgemäß einander derart zugeordnet, daß sich das Rahmenteil der einen Polarität auf der gegenüberliegenden Seite des Rahmenteils der anderen Polarität befindet. Dadurch wird eine Vergrößerung des Überdeckungs grades der sich gegenüberstehenden und mit aktivem Material unterschiedlicher Polarität ausgefüllten Gitterfelder erreicht. Hand in Hand damit geht eine Ver gleichmäßigung der Ausnutzung der aktiven Massen über die gesamte Elektro denfläche durch Vergleichmäßigung der Summe der Potentialabfälle, die im Gitter system beider Polaritäten auftreten. Hinzu kommen eine Verminderung der ohm′schen Verluste durch die erfindungsgemäße Gittergeometrie (vgl. Fig. 2, 3) sowie eine Verminderung der Korrosionsanfälligkeit.According to the invention, the electrodes are assigned to one another in such a way that the frame part of one polarity is on the opposite side of the frame part of the other polarity. This results in an increase in the degree of coverage of the lattice fields which are opposite one another and filled with active material of different polarity. This goes hand in hand with a uniformization of the utilization of the active masses over the entire electrode surface by equalizing the sum of the potential drops that occur in the lattice system of both polarities. In addition, there is a reduction in ohmic losses due to the grid geometry according to the invention (cf. FIGS . 2, 3) and a reduction in susceptibility to corrosion.
Aus der eben beschriebenen Zuordnung von positiven und negativen Elektroden erklärt sich der Aufbau der in Fig. 1 wiedergegebenen Plattenstapel. Bei diesen befinden sich stets sämtliche Rahmenableiter der einen Polarität auf der einen und sämtliche Rahmenableiter der anderen Polarität auf der gegenüberliegenden Seite des Stapels, wobei sich alle gleichpoligen Ableiter gegenseitig paßgenau berühren oder sich überlappen, so daß sich Stapelanordnungen mit geschlossenen Seiten wänden ergeben.The structure of the plate stack shown in FIG. 1 is explained from the assignment of positive and negative electrodes just described. In these, there are always all frame arresters of one polarity on one side and all frame arresters of the other polarity on the opposite side of the stack, with all of the same-pole arresters touching each other with an exact fit or overlapping, so that stacked arrangements with closed side walls result.
Zur elektrischen Isolation der Platten lassen sich Scheidertaschen verwenden, die seitlich aufgesteckt werden, oder mit besonderem Vorteil ein durch den Stapel mäandernd zu verlegendes Separatorband 4.For the electrical insulation of the plates, separator pockets can be used, which are slipped on at the side, or, with particular advantage, a separator tape 4 to be meandered through the stack.
Um alle Rahmenableiter gleicher Polarität mechanisch und elektrisch zu verbinden, kann erfindungsgemäß entweder von einer Widerstandsschweißung oder von einem anderen bekannten Verfahren, nach welchem Polbrücken an die Fahnenableiter eines fertig montierten, über Kopf gehalterten Plattensatzes angegossen werden (cast on strap-Verfahren), Gebrauch gemacht werden. Ebenso lassen sich an den Rahmenableitern gegebenenfalls vorhandene Laschen (vgl. Fig. 2, 3) oder Fahnen mit dem Ableiter der jeweils nächsten Elektrode widerstandsverschweißen. In order to mechanically and electrically connect all frame arresters of the same polarity, either resistance welding or another known method, according to which pole bridges are cast onto the flag arrester of a fully assembled, overhead plate set (cast on strap method), can be used according to the invention will. Likewise, any tabs (see FIGS. 2, 3) or flags on the frame arresters can be resistance welded to the arrester of the next electrode.
In den Fig. 2 und 3 sind mögliche Plattengitter 2 gemäß der Erfindung, beispielhaft für die L-Form nach Fig. 1, Variante a, dargestellt. In beiden Fällen ist dem Ableiter bzw. dem abgewinkelten Rahmenteil 3 eine Lasche oder Fahne 5 angeformt. Breite oder Dicke des Ableiters können sich (vgl. Fig. 3) über seine Längsausdehnung auch verjüngen, oder der Ableiter ist überhaupt nur entlang einem Teilabschnitt dieser Rahmenseite als quer zur Gitterebene sich erstreckendes Rahmenteil ausgebildet.In FIGS. 2 and 3 grid 2 are possible plate according to the invention, illustrative of the L-shape of FIG. 1, a variant is shown. In both cases, a tab or flag 5 is molded onto the arrester or the angled frame part 3 . The width or thickness of the arrester can also taper (see FIG. 3) over its longitudinal extent, or the arrester is only formed along a partial section of this side of the frame as a frame part extending transversely to the lattice plane.
Das Gitter selbst wird von Scharen im wesentlichen parallellaufender Hauptgitter stäbe 6 und Nebengitterstäbe 7 aufgespannt, die sich rechtwinklig oder spitzwinklig (von der Fahne aus gesehen) kreuzen. Erfindungsgemäß laufen die Hauptgitterstäbe im rechten oder stumpfen Winkel (ebenfalls von der Fahne aus gesehen) auf den Ableiter zu, wobei vorzugsweise gelten soll: 90° < α < 120°. Die Nebengitterstäbe verlaufen parallel zum Ableiter oder bilden mit ihm einen spitzen Winkel.The lattice itself is spanned by coulters of essentially parallel main bars 6 and secondary bars 7 , which cross at right angles or acute angles (seen from the flag). According to the invention, the main grating bars run at a right or obtuse angle (also seen from the flag) towards the arrester, the following preferably being true: 90 ° < α <120 °. The secondary grille bars run parallel to the arrester or form an acute angle with it.
Die für die Stromableitung besonders vorteilhafte Geometrie der erfindungsge mäßen Gitterplatte ergibt sich aus einer Betrachtung des Leitungswiderstandes anhand der Fig. 4 (erfindungsgemäßes Gitter) und 5 (nicht erfindungsgemäßes Gitter).The geometry of the grid plate according to the invention which is particularly advantageous for current dissipation results from a consideration of the line resistance using FIGS . 4 (grid according to the invention) and 5 (grid not according to the invention).
Wie sich aus Fig. 4 nachvollziehen läßt, beträgt der ohmsche Widerstand des kürzesten Stromweges zwischen einem Punkt P 1 mit den Koordinaten x, y und dem FahnenableiterAs can be understood from Fig. 4, the ohmic resistance of the shortest current path between a point P 1 with the coordinates x , y and the flag arrester
mit ρ= spezif. Widerstand des Gittermaterials, D = Dicke des - außerhalb der Papierebene zu denkenden - Ableiters, d = Dicke der Hauptgitterstäbe und c = Profiltiefe der Elektrode, für alle Bauteile gleich. Die Nebengitterstäbe sollen dabei wegen ihrer vernachlässigbar kleinen Dicke d 1 nicht berücksichtigt werden. with ρ = spec. Resistance of the grid material, D = thickness of the arrester - to be thought outside the paper plane, d = thickness of the main grid bars and c = profile depth of the electrode, the same for all components. The secondary grille bars should not be taken into account because of their negligible thickness d 1 .
Für den einfachen Fall x = y erhält man mit der Annahme D = 2d For the simple case x = y one obtains D = 2 d
Für den Punkt P 2 in Fig. 5 hingegen, welcher einem Gitter ohne die erfindungsge mäße Geometrie des Ableiters und der Gitterstäbe, jedoch mit sehr günstig ausgerichteten diagonalen Hauptgitterstäben angehören soll, giltFor the point P 2 in Fig. 5, however, which belongs to a grid without the inventive geometry of the arrester and the bars, but with very favorably oriented diagonal main bars, applies
wenn wieder x = y.if again x = y .
Danach sind in diesem Fall R 1 (2) und R 2 (3) ungefähr gleich; es gilt jedochThereafter, R 1 (2) and R 2 (3) are approximately the same in this case; however, it does apply
R₁ (1) < R₂ (3), (4) R ₁ (1) < R ₂ (3), (4)
wenn zumindest angenähert die Bedingung D <2 d erfüllt wird.if at least approximately the condition D <2 d is fulfilled.
Für andere Fälle, bei denen x ≠ y muß bei einem Vergleich auch in Fig. 5 der Einfluß des Rahmens mit berücksichtigt werden, was zu anderen Mindestdicken D des Ableiters im Vergleich zu der Dicke d der Hauptgitterstäbe führen kann.For other cases in which x ≠ y , the influence of the frame must also be taken into account in a comparison in FIG. 5, which can lead to different minimum thicknesses D of the arrester in comparison to the thickness d of the main lattice bars.
Der Vorteil eines geringen Leitungswiderstandes beim anmeldungsgemäßen Gitter wird um so größer, je stärker es die Form eines aufrechtstehenden schmalen Rechtecks annimmt. In diesem Fall wird die Stromabführung immer ausschließli cher von dem stark dimensionierten Rahmenteil getragen.The advantage of a low line resistance in the grid according to the application gets bigger the stronger it is the shape of an upright narrow Rectangle. In this case, the power dissipation is always exclusive cher carried by the strongly dimensioned frame part.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102008055775A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-06 | Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa | Electrode for a rechargeable battery |
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1989
- 1989-04-25 DE DE3913546A patent/DE3913546A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102008055775A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-06 | Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa | Electrode for a rechargeable battery |
US8883353B2 (en) | 2008-11-04 | 2014-11-11 | Johnson Controls Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa | Rolled electrode for a storage battery |
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