DE4123536A1 - Verfahren und vorrichtung zur ladung eines bleiakkumulators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ladung eines Bleiakkumulators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1.

Weiterhin befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Entladung eines Bleiakkumulators entsteht an beiden Elektroden Bleisulfat. Dabei nimmt die Schwefelsäurekonzentra­ tion im Elektrolyt ab. Bei der Ladung eines Akkumulators durch Zufuhr elektrischer Energie kehren sich die Reaktionen um und das Bleisulfat der Elektroden wird in Blei und Bleidioxid zu­ rückverwandelt. Da die hierbei sich entwickelnde Schwefelsäure spezifisch schwerer als die in der Zelle vorhandene Elektrolyt­ mischung ist, fällt der unmittelbar entstehende Säureanteil in den unteren Zellenbereich ab, so daß der Elektrolyt eine un­ gleich verteilte Säuredichte aufweist. Für den Ablauf der Reak­ tionen ist aber die Säuredichte von wesentlicher Bedeutung, weil hiervon die Leistung einer Batterie abhängt. Aus diesem Grunde ist ein Ausgleich dieses Dichtegefälles im Elektrolyten geboten. Zum Teil geschieht dies auch dadurch, daß bei genügend lang andauerndem Ladungsvorgang die aufsteigenden Ladungsgase ein Durchmischen des Elektrolyten verursachen. Um für diese ange­ strebte Mischwirkung nicht ausschließlich vom Ablauf des La­ dungsvorganges abhängig zu sein, hat man in der Praxis schon versucht, durch Einblasen atmosphärischer Luft in den Elektroly­ ten einer Zelle das Dichtegefälle rascher und vor allem wir­ kungsvoller zu beseitigen. Durch das Einpumpen von Umgebungs- bzw. Raumluft in die Zelle werden aber auch die Luftverunreini­ gungen eingebracht, wodurch wiederum die chemischen Reaktionen in der Zelle beeinträchtigt und mit der Zeit sogar verhindert werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die La­ dungsgase und auch die eingeblasene und mit Säurebläschen behaf­ tete Luft durch die Entlüftungslöcher der Batterieverschraubung entweichen und so die unmittelbare Umgebung belasten, weshalb der Ladungsvorgang auch nur in einem eigens dafür bestimmten Raum ausgeführt werden soll.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung des Ladungsvor­ ganges eines Bleiakkumulators vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Weiterentwicklungen dieses Verfahrens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens ist im Patentanspruch 6 beansprucht, wozu die folgenden Patentansprüche Weiterentwicklungen angeben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelangt reines Misch­ gas in die Elektrolytflüssigkeit zum Durchmischen und Beseitigen des Dichtegefälles im Elektrolyt. Dadurch bleibt auch die Wirk­ samkeit der Elektroden auf Dauer erhalten. Die Entnahme der Ladungsgase unmittelbar aus dem Zellenraum verhindert auch eine Belastung der Umgebung, weil nunmehr weniger Gase ins Freie entweichen, insbesondere dann, wenn durch eine zusätzliche Behandlung während des Umwälzbetriebes Schwefelsäureanteile neutralisiert werden. Durch diese Umwälzung des Mischgases aus dem Zellenraum wird eine Steigerung der Wirksamkeit des Elek­ trolyten erreicht, weil infolge eines vollständigen Dichteaus­ gleiches die Elektroden auf voller Höhe in gleichem Maße wirksam sind. Die Mischzirkulation im Elektrolyten läßt sich noch da­ durch steigern, daß dem umgewälzten Mischgas Luft beigemischt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich durch eine ein­ fache Vorrichtung durchführen, die im wesentlichen nur aus einem Leitungssystem mit in die Zelle eingesetzten Absaug- und Aus­ blasöffnungen sowie einer Umwälzpumpe besteht. Eine zusätzliche Filtriereinrichtung kann zur Reinigung und Neutralisierung des Mischgases dienen. Die Zumischung von zusätzlicher atmosphäri­ scher Luft zum Mischgas, beispielsweise zur Verstärkung der Mischwirkung, kann durch ein einfaches Mischventil verwirklicht werden. Vorteilhaft sind Leitungssystem, Pumpe, Filtriereinrich­ tung und Mischventil zu einer Baueinheit für eine stationäre Aufstellung an der Ladungsstation ausgebildet, wobei mittels Kupplungsorganen die Verbindung zu an der Batterie vorhandenen Endstücken der Absaug- und Ausblasleitungen herstellbar ist. Schließlich ermöglicht dieses Umwälzsystem ein automatisches Nachfüllen von destilliertem Wasser in die Zelle über die Ab­ saugleitung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles, das auch in einer Zeichnung schematisiert dargestellt ist, näher beschrieben. In einer Zelle 1 eines Bleiakkumulators sind ein Elektrodenpaar 2 eingesetzt und eine Elektrolytflüssig­ keit 3 eingefüllt, deren Oberfläche 4 im Normalstand die Ober­ kanten der Elektroden circa zwanzig Millimeter überdeckt. Die Zelle ist mittels eines Zellendeckels 5 oben abgeschlossen. In diesem Deckel befindet sich eine lösbare Verschraubung 7, die zum Nachfüllen von destilliertem Wasser verwendet wird. In dieser Verschraubung sind Entlüftungslöcher (nicht sichtbar) ausgebildet, durch die während der Ladung entstehende Gase, Wasserstoff und Sauerstoff entweichen können. Um das während eines Ladungsvorganges sich bildende Gefälle in der Säuredichte im Elektrolyt möglichst rasch zu beseitigen oder erst gar nicht entstehen zu lassen, ist eine Umwälzvorrichtung 10 für ein Mischgas vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht aus einer Ab­ saugleitung 11, die mit ihrer Absaugöffnung in einen Zellen­ raum 13 oberhalb des Elektrolyten hineinragt. Unter Zwischen­ schaltung einer Filtriereinrichtung 14, einer Umwälzpumpe 15 schließt sich an die Absaugleitung eine Einblasleitung 16 an. Letztere erstreckt sich mit ihrem Standrohr 17 tief in die Zelle hinein, so daß eine Ausblasöffnung 18 nahe dem Zellenboden angeordnet ist. An der Filtriereinrichtung 14 kann noch ein Mischventil 20 untergebracht sein, durch das zusätzlich atmo­ sphärische bzw. Raumluft in das Leitungssystem eingeführt werden kann. Zweckmäßig durchströmt zumindest diese Luft die Filtrier­ einrichtung. Das Standrohr 17 der Einblasleitung sowie ein Endstück 19 der Absaugleitung sind im Zellendeckel befestigt, beispielsweise durch Eingießen. Die Umwälzeinrichtung mit Lei­ tungssystem, Pumpe und gegebenenfalls Filtriereinrichtung sind vorteilhaft zu einer stationären oder transportablen Baueinheit zusammengefaßt, die zweckmäßig an einer Ladungsstation zum Einsatz bereitgehalten wird.

Die Arbeitsweise ist folgende: Mit dem Anschluß einer Batterie bzw. einer Zelle an ein Ladungsgerät kann auch die Umwälzvorrichtung beispielsweise an ein an einer Zelle vorhande­ nes Absaug-Endstück 19 und ein Einblas-Standrohr 17 angekuppelt werden. Der Umwälzvorgang kann entweder sogleich oder erst später einsetzen. Hat sich zu Beginn eines Umwälzbetriebes noch kein oder zuwenig Gas im Zellenraum angesammelt, dann kann dies durch Luftzufuhr ausgeglichen werden. Auf eine Luft-Beimischung kann schließlich ganz verzichtet werden, wenn bei fortgeschrit­ tenem Ladungsvorgang eine ausreichende Gasentwicklung für einen wirksamen Umwälzbetrieb zur Verfügung steht. Aber auch in diesem Fall kann eine Luft-Beimischung von Vorteil sein, wenn eine gesteigerte Mischwirkung durch eine vergrößerte Mischgasmenge erreicht werden soll. Das Entweichen von Gas durch die Entlüf­ tungslöcher der Verschraubung 7 kann durch entsprechendes Ein­ stellen der Absaug-Druckverhältnisse geregelt oder auch ganz unterbunden werden. Durch eine Steigerung der Mischwirkung zum Ausgleich der Säuredichte im Elektrolyt läßt sich der Ladungs­ vorgang merklich beschleunigen, auch weil ein höherer Ladungs­ strom Anwendung finden kann. Dabei kann eine unerwünschte Erwär­ mung der Zelle dadurch verhindert werden, daß das umzuwälzende Mischgas im Leitungssystem einer Kühlung unterworfen wird, z. B. durch Einsatz eines mit Kühlwasser gespeisten Wärmetauschers.

Besonders vorteilhaft ist es, die Umwälzvorrichtung in Abhängigkeit des Ladungsvorganges zu steuern, wobei festgelegte Meßwerte zum Ein- oder Ausschalten der Umwälzpumpe 15 herangezo­ gen werden können. In der Zeichnung ist diese Anordnung schema­ tisiert in der Weise dargestellt, daß ein Ladungsgerät 27 über eine Schaltleitung 28 mit der Umwälzpumpe 15 in Verbindung steht.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt. So kann die Umwälzvorrichtung anstelle eines abkuppelbaren Anschlusses auch mit direkt in eine Zelle einführbaren Absaug- und Einblas-Endstücken ausgestattet sein, wozu im Zellendeckel nur von Hand oder selbsttätig verschließ­ bare Einstecköffnungen vorhanden sein müssen. Damit nicht für jede Zelle einer Batterie eine Umwälzvorrichtung erforderlich wird, können die einzelnen Zellen durch Überbrückungsleitungen miteinander verbunden sein.

Claims (13)

1. Verfahren zur Ladung eines Bleiakkumulators, wobei zum Ausgleich der Dichte der beim Ladungsvorgang sich bildenden Schwefelsäure innerhalb eines Elektrolyten einer Zelle ein gasförmiges Medium zum Mischen der Elektrolytflüssigkeit in die Zelle eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Elektolyten während der Ladung entweichende Gas gesammelt und als Mischgas in den Elektrolyten unter Überdruck zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgas dem geschlossenen Zellenraum oberhalb des Elek­ trolyten entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Mischgas vor dem Einleiten in den Elektrolyten zur Reinigung von Fremdstoffen und/oder zur Neutralisation von Schwefelsäureanteilen behandelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischgas vor Eintritt in den Elektroly­ ten Luft zugemischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischgas-Rückführung in Abhängigkeit vom Ladungsvorgang gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgas während der Umwälzung gekühlt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einer in eine Zelle eines Bleiakkumulators einge­ setzten Luft-Einblasleitung, deren Ausblasöffnung im unteren Bereich der Zelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasleitung (16) an eine Absaugleitung (11) angeschlossen ist, deren Absaugöffnung (12) sich in einem abgeschlossenen Gas- Sammelraum (13) der Zelle oberhalb des Elektrolyten befindet und zum Transport des abgesaugten Gases ein Pumpgerät (15) in dieses Leitungssystem eingebaut ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitungssystem eine Filtriereinrichtung (14) mit einem Fil­ tereinsatz und/oder einem Flüssigkeits-Gaswäscher vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß im Leitungssystem oder in der Filtriereinrichtung (14) ein Mischventil (20) zur Lufteinführung vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugleitung (11) zur Einspeisung von destilliertem Wasser in die Zelle an einen Vorratsbehälter anschließbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitungssystem ein Meßgerät zum Messen der Temperatur der abgezogenen Gase zur Überwachung des Ladevor­ ganges vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblas-Standrohr (17) und das Absaugendstück (19) im Zellendeckel (5) festsitzend verankert und die Enden dieser Rohrteile mit Kupplungsorganen (24 bzw. 25) zum Anschließen der Absaug- und Einblasleitungen (11 und 16) ausge­ rüstet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem mit den Umwälzeinrichtun­ gen zu einer stationären oder transportablen Baueinheit ausge­ bildet ist.