DE4418405A1 - Bipolare Blei-Säure-Batterie und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Blei-Säure-Batterien, und zwar speziell ein Verfahren zum Zusammenbau einer Blei- Säure-Batterie und die nach diesem Verfahren erhaltene Batterie selbst.

Blei-Säure-Batterien und -zellen sind seit ziemlich langer Zeit bekannt und werden kommerziell für eine große Vielfalt von Anwendungen eingesetzt. Diese Anwendungen reichen von Fahrzeugbatterien für das Starten, die Beleuchtung und die Zündung bis zum Einsatz bei Booten und Golfwagen und zum Einsatz als stationäre oder bewegliche Energiequelle.

Das elektrochemische Blei/Säure-System stellt eine zuverlässige Energiequelle dar, und die entsprechenden Batterien eignen sich für eine automatische Fertigung bei hohem Qualitätsstandard. Ein schwerwiegender Nachteil der frei füllbaren oder wartungsfreien bzw. versiegelten Bat­ terien mit absorbiertem Elektrolyten ist bei Blei-Säure- Batterien deren relativ niedrige Energie- und Leistungsdichte (in kW/Gewichtseinheit bzw. Wh/Gewichtseinheit). Es besteht seit langem ein Bedürfnis, eine Energiequelle zu schaffen, welche die Zuverlässigkeit einer bekannten nachfüllbaren oder versiegelten Blei-Säure-Batterie hat, während gleichzeitig eine deutlich höhere Energie und Leistungsdichte erreicht wird.

Aus diesen Gründen wurden während der letzten 20 Jahre be­ trächtliche Anstrengungen unternommen, um Blei/Säure-Systeme und andere elektrochemische Systeme mit bipolarer Ausbildung zu entwickeln. Bei einer solchen Ausgestaltung teilen sich die positiven und die negativen Platten auf irgend eine Weise per Definition ein gemeinsames leitfähiges Gitter bzw. Sub­ strat.

Eine bekannte bipolare Batterie ist in der US-PS 3,728,158 beschrieben. Bei dieser Batterie bereitet das Entlüften der vertikal gestapelten bipolaren Elektrodenzellen Probleme, die sich bei der Belüftung von in Reihe fluchtend ausgerichteten Zellen, wie bei konventionellen Blei-Säure-Batterien bzw. Starterbatterien, nicht ergeben. Bei den konventionellen Blei-Säure-Batterien steigen die Gase, die sich entwickeln in der Zelle in einen Raum oberhalb der Platten auf und werden direkt vom oberen Ende der einzelnen Zellen abgeführt. Die Menge des von den Gasen mitgerissenen Elektrolyten ist dabei minimal. Bezüglich bipolarer Batterien mit vertikal übereinander gestapelten Elektroden wurde festgestellt, daß die Gase nicht direkt am oberen Ende der einzelnen Zellen abgeführt werden können. Daher wird in der zitierten Patentschrift ein Batteriestapel aus bipolaren Elektroden angegeben, der ein niedriges Profil hat und bei dem die einzelnen Zellen des Stapels individuell seitlich der Batterie auf eine Weise in eine Entlüftungssammelleitung entlüftet werden, durch die eine Elektrolytverbindung zwischen den einzelnen Zellen verhindert wird. Zellenteiler, die eine direkte Elektrolytverbindung zwischen der positiven Platte und der negativen Platte jedes Halbzellenelements verhindern, haben einen rahmenförmigen Rand, der vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial besteht. Die einzelnen Halbzel­ lenelemente sind gestapelt, wobei aneinander grenzende Rahmen thermisch, mit Hilfe von Lösungsmitteln oder mittels Klebern dichtend miteinander verbunden sind.

Die US-PS 4,125,680 diskutiert eine Reihe von Elektrodenstrukturen, bei denen für gewisse Teile der Elektroden Kunststoff verwendet wird. Beispielsweise beschreibt die US-PS 2,496,709, wie in der genannten Patentschrift ausgeführt, eine Doppelelektrode aus einer Metallplatte mit verschiedenen darauf vorgesehenen Kohlenstoff-Kunststoff-Schichten und mit einem die Platte umgebenden, durch Spritzgießen hergestellten Kunststoffrahmen. Stapel dieser zusammengesetzten Doppelelektroden werden miteinander verrastet. Bezüglich der US-PS 3,1910,731 wird in der genannten Patentschrift ausgeführt, daß diese das Gießen eines Kunststoffrahmens um eine vorgeformte Elektrode beschreibt. Weiterhin wird auf die folgenden US-PSen verwiesen: 2,416,576, 2,966,538, 3,775,189 und 3,k941,615. Zusammenfassend wird in der US-PS 4,125,680 festgestellt, daß trotz des bekannten Standes hinsichtlich der Entwicklung elektrochemischer Einrichtungen und der Herstellung derselben immer noch ein Bedürfnis nach einfach herzustellenden, leichten, mehrere Zellen umfassenden elektrochemischen Einrichtungen und nach verbesserten Fertigungsverfahren besteht. Im Hinblick auf dieses Bedürfnis offenbart die US-PS 4,125,680 verschiedene bipolare Kohlenstoff-Kunststoff-Elektrodenstrukturen, die wie folgt hergestellt werden: Zuerst werden dünne, leitfähige Kohlenstoff-Kunststoff-Platten aus erhitzten Mischungen spezieller Kohlenstoffe und Kunststoffe gegossen, und anschließend werden um die Platten aus dielektrischem Kunststoffmaterial herum Rahmen hergestellt bzw. angeordnet und dichtend mit den Platten verbunden, um zu erreichen, daß die fertiger Struktur flüssigkeitsundurchlässig ist. Verschiedene Ausführungsbeispiele sind gezeigt. Beispielsweise zeigen

Fig. 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel mit einem Stapel von Rahmen vor und nach deren Verbindung miteinander. Jeder der Rahmen mit Ausnahme des Endrahmens besitzt dabei einen Vorsprung. Fig. 5 zeigt den Stapel ehe seine Elemente durch thermische Versiegelung miteinander verbunden werden. Beim thermischen Versiegeln bzw. Verbinden unter einem auf die Enden des Stapels ausgeübten Druck flachen sich die Vorsprünge über die Breite der Rahmenoberflächen ab, und die auf diese Weise erhaltene abgedichtete elektrochemische Einrichtung kann Flüssigkeit zurückhalten, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Die US-PS 4,964,878 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Blei/Säure-Rekombinationsbatterien, bei dem die Stapel von Platten derart angeordnet werden, daß eine in einem der Stapel in einer bestimmten Position befindliche positive Platte mit einer negativen Platte in der gleichen relativen Position in einem benachbarten Stapel über ein für die positive Platte und die negative Platte gemeinsames Substrat verbunden wird. Zwischen den positiven und negativen Platten sind außerordentlich poröse mikrofeine Glasfaserseparatoren angeordnet, und auf den Plattenstapel werden Kompressionskräfte ausgeübt, indem auf einem Behälter ein Batteriedeckel befestigt wird.

Bei der Betrachtung der bipolaren Blei-Säure-Batterien werden auch in der US-PS 5,068,160 verschiedene Probleme identifiziert. Eines der angesprochenen Probleme betrifft das Einbringen des Elektrolyten in die zusammengebaute Batterie. Die Dicke der bipolaren Zellen ist häufig erheblich geringer als die Dicke konventioneller monopolarer Zellen, und eine solche reduzierte Dicke macht das Füllen der bipolaren Zellen, die gegen einen Flüssigkeitsfluß von einer Zelle zu einer benachbarten Zelle zu isolieren sind, mit einer kontrollierten Elektrolytmenge ziemlich schwierig, insbesondere bei den Füllgeschwindigkeiten, die für eine kommerzielle Produktion und/oder den Einsatz kommerziell verfügbarer Fülleinrichtungen zufriedenstellend sind. Ein zweites Problem, welches in der US-PS 5,068,160 angesprochen wird, ist die Notwendigkeit, wirksam zu verhindern, daß eine bipolare Zelle die Funktion einer anderen bipolaren Zelle beeinträchtigt. Es wird angemerkt, daß eine solche gegenseitige Beeinträchtigung der Zellen zu einer Reduzierung des Gesamtwirkungsgrades der bipolaren Batterie oder sogar zu einem Versagen der Batterie führen kann. Ein weiteres Problem bei bipolaren Zellen, auf welches in der zitierten Patentschrift hingewiesen wird, besteht im Aufrechterhalten des korrekten Abstands zwischen den positiven und den negativen Elektroden. Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Abstand bei dichtend verschlossenen, wartungsfreien Batterien mit Sauerstoffrekombination besonders wichtig ist. Wenn jedoch die Abmessungen der bipolaren Plattenoberflächen der positiven und negativen Elektroden zunehmen, wird es zunehmend schwieriger, den korrekten Abstand zwischen den Elektroden aufrechtzuerhalten. In der US-PS 5,068,160 ist eine Anordnung von Platten, Distanzelementen und Rahmenelementen offenbart, die vorzugsweise aus thermoplastischen Polymeren bestehen, die miteinander verbindbar bzw. verschweißbar sind. Speziell ist in Fig. 4 eine zusammengebaute Batterie gezeigt, in der bipolare Platten mit einem Rahmenelement verbunden bzw. verklebt sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt die Endplatte eine Reihe von Öffnungen. Jedes der Rahmenelemente besitzt sechs durchgehende Öffnungen, von denen jede durch ein individuell zugeordnetes Rahmenelement gegenüber der benachbarten durchgehenden Öffnung isoliert ist. Wenn die Batterie zusammengebaut wird, werden die durchgehenden Öffnungen fluchtend ausgerichtet, um sechs Leitungen zu bilden. Anschließend werden die Öffnungen geöffnet, und jede dieser Leitungen steht in Fluidverbindung mit einer anderen der offenen Öffnungen und mit nur einer Zelle.

Trotz der beträchtlichen Vorteile, die durch die Verwendung von bipolaren Batterien und Zellen erzielt werden könnten und trotz der umfangreichen Arbeiten und der Aufmerksamkeit, die während der letzten 20 Jahre auf diesen Batterietyp verwendet wurden, scheint es, daß bipolare Blei-Säure-Batterien weitgehend eine vielversprechende Laborkuriosität geblieben sind. Es besteht also immer noch das Bedürfnis nach einer vorteilhaft gestalteten bipolaren Batterie, welche eine erhöhte Energie und Leistungsdichte aufweist, wie sie nur mit einer bipolaren Batterie erreicht werden kann, und bei welcher die diversen Probleme hinsichtlich des Zusammenbaus und der Ausgestaltung, wie sie oben angesprochen wurden, in befriedigender Weise gelöst sind. Insbesondere besteht ein erhebliches Bedürfnis nach einer bipolaren Batterie, die aus Komponenten zusammengesetzt ist, die automatisch und zuverlässig zusammengebaut werden können und mit denen auf kostengünstige Weise eine gut funktionierende Batterie erhalten wird.

Der Erfindung liegt folglich die Hauptaufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Zusammenbau einer bipolaren Blei-Säure-Batterie anzugeben, welches sich für eine automatische Produktion bei wirtschaftlich akzeptablen Produktionsgeschwindigkeiten eignet, und eine entsprechende, durch dieses Verfahren erhaltene bipolare Batterie vorzuschlagen.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, modulare bipolare Batteriekomponenten anzugeben, die sich für automatisierte Produktionsverfahren eignen.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Batterie so zu gestalten, daß sie mit minimalem Handhabungsaufwand für die Komponenten zusammengebaut werden kann, um auf diese Weise die Entstehung von Ausschuß bzw. von Fehlern auf ein Minimum zu reduzieren.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Blei-Säure-Batterie und ein Verfahren für ihren Zusammenbau anzugeben, mit dem Ziel, die erforderliche Vielseitigkeit zu erreichen, um die für die verschiedenen Anwendungen erforderlichen, in weitem Umfang unterschiedlichen Spannungen und Kapazitäten zu realisieren.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Batterie anzugeben, die von ihrer Gestaltung her zuverlässig ist und zufriedenstellende, leckfreie hermetische Dichtungen liefert.

Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung soll eine bipolare Blei-Säure-Batterie geschaffen werden, die spezielle Füll- und Entlüftungseinrichtungen aufweist, die es ermöglichen, mit wirtschaftlich akzeptablen Füllgeschwindigkeiten für den Elektrolyten zu arbeiten.

Eine weitere und speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer bipolaren rekombinierenden Blei-Säure-Batterie mit einer Ausgestaltung, die für eine automatisierte wirtschaftliche Produktion geeignet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Generell zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, modulare elektrochemische Komponenten zu verwenden, die so gestaltet sind, daß sie die Anforderungen an die Spannung und die Kapazität erfüllen, und die in spezieller Weise zusammengebaut sind, um die bipolare Batterie zu bilden. Die angestrebte Anordnung von elektrochemischen Komponenten wird dann zu einer Einheit dichtend verbunden, wobei für den Zusammenbau Bauteile verwendet werden, die für die erforderlichen hermetischen und elektrolytdichten Dichtungen sorgen, wodurch die beträchtlichen Probleme vermieden werden, die sich ergeben, wenn die Komponenten einzeln nacheinander dichtend mit jeweils einer benachbarten Komponente verbunden werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Komponenten gestattet beim Zusammenbau ein wirtschaftliches und praktisches Einfüllen des Elektrolyten und eine befriedigende Entlüftung der fertigen Batterie während des Betriebs. Die elektrochemischen Komponenten und die Montagekomponenten sind ferner so ausgebildet, daß bipolare Batterien nach automatischen Verfahren hergestellt werden können, wobei gleichzeitig Qualität und Leistung zuverlässig erreicht werden. Außerdem wird im Hinblick auf den modularen Aufbau eine grobe Flexibilität erreicht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Ansprüche. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer dichtend verschlossenen bipolaren Blei-Säure-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Ausgestaltung einer Einheit aus elektrochemischen Komponenten und mit verschiedenen Montagelementen;

Fig. 2A einen Teilquerschnitt durch gewisse elektrochemische Komponenten wie sie für die Herstellung einer bipolaren Blei-Säure-Batterie gemäß der Erfindung verwendet werden, und zwar, zur Verdeutlichung, im auseinandergerückten Zustand;

Fig. 2B eine der Darstellung gemäß Fig. 2A entsprechende Querschnittsdarstellung bei zusammengedrückten Komponenten mit dazwischen angeordneten Separatoren, wie dies einer Phase des Zusammenbaus entspricht;

Fig. 3A und 3B Querschnittsdarstellungen für ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, die den Darstellungen gemäß Fig. 2A bzw. 2B entsprechen;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer teilweise zusammengebauten Batterie entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, wobei Seitenplatten im montierten Zustand dargestellt sind;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 4, wobei zusätzlich eine Füll- und Entlüftungsbox sowie eine Unterdruckbox angebaut sind;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 5, wobei zusätzlich die Deckel für die Füll- und Entlüftungsbox sowie die Unterdruckbox montiert sind;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung der auf der Basis des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 zusammengebauten Batterie, wobei die Sammelleitungsdeckel noch nicht dichtend angebracht sind;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Anordnung der Batterieplatten bei einer Serienschaltung für eine bipolare Batterie gemäß der Erfindung;

Fig. 9 eine der Darstellung gemäß Fig. 8 ähnliche schematische Darstellung für eine bipolare Batterie mit Serien/Parallel-Schaltung;

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Füll- und Entlüftungsbox mit Elektrolyt-Füllöffnungen für eine bipolare Batterie mit zweimal 12 V bzw. mit 24 V;

Fig. 11 eine der Draufsicht gemäß Fig. 10 ähnliche Draufsicht mit der Anordnung der Elektrolyt -Füllöffnungen für eine 48 V-Batterie;

Fig. 12 eine der Draufsicht gemäß Fig. 11 ähnliche Draufsicht für eine abgewandelte Ausführungsform einer Füll- und Entlüftungsbox für eine bipolare 48 V-Batterie gemäß der Erfindung; und

Fig. 13 eine dem Querschnitt gemäß Fig. 2A ähnliche Querschnittsdarstellung für ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Endrahmen und mit einem zusätzlichen Stabilisierungselement.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 verschiedene Bauteile einer bevorzugten Ausführungsform einer dichtend verschlossenen bzw. verschließbaren bipolaren Blei-Säure-Batterie gemäß der Erfindung. Die bipolare Batterie umfaßt eine modular aufgebaute Einheit 10 aus elektrochemischen Elementen bzw. Bauteilen, die so bemessen und gestaltet sind, daß sich die gewünschte Batteriespannung und -kapazität ergeben. Zu den zusammenzubauenden Bauteilen gehören Seitenteile 12, eine Füll- und Entlüftungsbox 14, ein Deckel 16 für die Box 14, eine Unterdruckbox 18, ein Deckel 20 für die Unterdruckbox 18, Entlüftungsventile 22, eine aktive Sammelleitungsabdeckung 24 und eine Sammelleitungs-Blindabdeckung 26. Die Einheit 10 aus den gewünschten elektrochemischen Elementen wird unter Verwendung der Zusammenbauteile zusammengebaut, um die bipolare Batterie gemäß der Erfindung zu schaffen, wie dies nachstehend detaillierter erläutert werden wird.

Positive Anschlüsse 28 und ein negativer Anschluß 30 können elektrisch unter Verwendung elektrischer Schaltdrähte bzw. Sammelschienen nach Bedarf installiert werden, um die gewünschten elektrischen Verbindungen zu schaffen. Im allgemeinen wird es bevorzugt, die Installation solcher Verbindungen bis nach dem Füllen, dem Formieren und der Installation der Entlüftungsventile und -leitungen zurückzustellen. Für die Herstellung der elektrischen Verbindungen bzw. Anschlüsse können praktisch beliebige bekannte Anschlußelemente verwendet werden.

Beim Zusammenbau der bipolaren Batterie gemäß der Erfindung werden zuerst die erforderlichen modular ausgebildeten elektrochemischen Elemente zusammengebaut, die so ausgebildet sind, daß sich die gewünschten Spannungs- und Kapazitätseigenschaften ergeben. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel umfassen die modularen elektrochemischen Elemente, wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, Endrahmen 32, aktive Rahmen 34 und einen zentralen Rahmen 36. Das in Fig. 2A und 2B gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt zwei 4 V-Batterien, die parallel geschaltet sind. Diese Ausgestaltung wird unter Anwendung der speziellen bipolaren Ausgestaltung erreicht, die in einer weiteren gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin ("bipolare Blei-Säure-Batterie") beschrieben ist.

Im einzelnen umfassen die Endrahmen 32 einen umlaufenden thermoplastischen Rahmen 38, in den ein Leiterelement 40 eingebettet ist. Dabei kann als Leiterelement 40 jedes für eine bipolare Batterie geeignetes Leiterelement verwendet werden. Als Ausführungsbeispiel sei erwähnt, daß das Leiterelement 40 ein Blatt bzw. ein Blech aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Auflage aus Blei oder einer Bleilegierung sein kann. Materialien dieses Typs stehen zur Verfügung. Das Kupferblech sorgt für die erforderliche Steifigkeit und einen geringen Widerstand und ermöglicht eine ausreichende Stromdichte, wobei ein derartiges Kupferblech wünschenswerterweise auch die Funktion eines Batterieanschlusses übernehmen kann. Die Beschichtung aus Blei oder Bleilegierung sorgt für den erforderlichen Korrosionswiderstand gegenüber dem verwendeten Schwefelsäureelektrolyten.

Die Endrahmen 32 sind unipolar, und beide Endrahmen können mit einer Paste versehen werden, damit sie entweder positiv oder negativ sind. Bei dem in Fig. 2A und 2B gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei beiden Endrahmen das Leiterelement 40 mit einer Schicht aus einer daran haftenden positiven Paste versehen.

Der mittlere Rahmen 36 kann in ähnlicher Weise ausgebildet sein wie die Endrahmen 32. Der mittlere Rahmen 36 kann folglich aus einem thermoplastischen Material gespritzt bzw. gegossen sein und ein Leiterelement 42, wie zum Beispiel ein mit Blei überzogenes Kupferblech umfassen. Die mit einer Bleilegierung überzogenen Flächen des mittleren Rahmens 36 sind mit einer konventionellen Blei-Säure-Batteriepaste beschichtet. Gemäß der speziellen Ausgestaltung der in der zitierten Anmeldung beschriebenen bipolaren Batterie sind beide Flächen des mittleren Rahmens 36 derart mit einer Paste beschichtet, daß sie positiv oder negativ sind. Ob der mittlere Rahmen beidseitig so beschichtet wird, daß er positiv ist oder so, daß er negativ ist, hängt von der gewünschten Anordnung der Anschlüsse ab. Wenn der zentrale Rahmen 36 so beschichtet ist, daß man eine zentrale, auf beiden Seiten negative Platte erhält, um einen negativen Mittelanschluß zu erhalten, wie dies in Fig. 1 bis 3B gezeigt ist, werden die Endrahmen 32 so beschichtet, daß sie positive Platten sind, und umgekehrt (wenn eine zentrale, auf beiden Seiten positive Platte verwendet wird). Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2A und 2B ist der mittlere Rahmen auf beiden Flächen in einer Schicht 44 aus einer negativen aktiven Paste beschichtet. Die Endrahmen 32 bilden somit die positiven Anschlüsse 28. Der mittlere Rahmen 36 bildet den negativen Anschluß 30.

Bipolare aktive Platten bzw. Rahmen 34 können aus einem thermoplastischen Material gegossen werden, in welches ein Leiterelement 46 eingebettet ist. Als Beispiel für ein geeignetes Leiterelement soll ein Blech aus einer Bleilegierung in Form einer dünnen Folie erwähnt werden. Beide Flächen des aus einer Bleilegierung bestehenden Bleches werden mit konventioneller Blei-Säure-Batteriepaste beschichtet, wobei die einen Fläche mit einer Schicht 48 einer negativen Paste beschichtet wird, während die andere Fläche mit einer Schicht 50 aus einer positiven Paste beschichtet wird.

Das gesamte Blech des Leiterelements 46 der aktiven Platten bzw. Rahmen 34 dient demselben Zweck wie ein Zellenverbinder in einer konventionellen Blei-Säure-Batterie. Das hohe Verhältnis von Zellenverbinderfläche zu beschichteter Fläche und der sehr kurze Strompfad zwischen den Zellen verleiht der bipolaren Batterie überragende Leistungsvorteile im Vergleich zu konventionellen Blei-Säure-Batterien.

Zur Herstellung einer Rekombinationsbatterie bzw. einer ventilgeregelten bipolaren Batterie werden Glasseparatoren mit hohem Absorptionsvermögen verwendet, die aus mikrofeinen Fasern hergestellt werden. Derartige Glasfaserseparatoren sind bekannt und können ebenso verwendet werden wie Absorptionsseparatoren, die nur aus mikrofeinen synthetischen Fasern bestehen oder aus einer Kombination von synthetischen Fasern und Glasfasern. Die Dicke der Separatoren sollte so gewählt werden, daß der Batterie ein angemessenes Absorptionsvermögen erteilt wird, so daß genügend Elektrolyt zurückgehalten wird, um die gewünschte Kapazität der Batterie zu erreichen.

Bekanntlich ist es zum Erreichen der gewünschten Pressung und des gewünschten Abstands erforderlich, den Separator, bezogen auf seine Dicke im nicht zusammengepreßten Zustand, um etwa 15 bis 30% zusammenzupressen. Zu diesem Zweck sind die Endbereiche 52, 54 und 56 der Endrahmen 32, des zentralen Rahmens 36 und der dazwischen liegenden Rahmen 34 so ausgebildet, daß sich beim Zusammendrücken derselben die gewünschte Kompression bzw. Pressung ergibt, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist. Die Separatoren 58 werden also zwischen den einzelnen Rahmenelementen bzw. Platten zusammengepreßt. In geeigneter Weise umfaßt jedes der einzelnen Rahmenelemente 32, 34 und 36 Schultern 60, um die Separatoren 58 in ihrer Lage zu halten.

Bei der Herstellung von Rekombinationsbatterien hat es sich allgemein als wünschenswert erwiesen, wenn eine größere Menge an negativer Paste vorhanden ist als an positiver aktiver Paste. Folglich weisen die Endrahmen 32 und die aktiven Rahmen 34 gemäß einem Aspekt der Erfindung jeweils Begrenzungselemente für das Positionieren der Paste auf, welche das Auftragen der Paste vereinfachen, indem sie sicherstellen, daß jeweils die gewünschte Menge an Paste aufgetragen wird. Beispielsweise umfaßt das Leiterelement 36 in den Endrahmen 32 eine Sicke 62, die als Inhalts- und Positionsbegrenzer dient, um die Position bzw. Lage der Schicht 64 aus positivem aktivem Material zu begrenzen. Ähnliche Rippen bzw. Dicken 66 im leitfähigen Element 46 der aktiven Rahmen 34 dienen zum Positionieren der Schichten 48 und 50 aus negativer bzw. positiver Paste für diese Rahmen.

Die geeignete Art der Stapelung der elektrochemischen Elemente ist aus Fig. 2A und 2B zu entnehmen. Jeder aktive bipolare Rahmen 34 ist so angeordnet, daß seine aus negativer Paste bestehende Schicht 48 der aus positiver Paste bestehenden Schicht 64 des Endrahmens 32 zugewandt ist. Folglich liegt die aus positiver Paste bestehende Schicht 50 jedes aktiven bipolaren Rahmens 34 der aus negativer Paste bestehenden Schicht 44 des zentralen Rahmens 36 gegenüber. Wenn eine höhere Spannung und Kapazität gewünscht werden, werden zusätzliche aktive Rahmen 34 verwendet, die in dem Rahmenstapel in der hier beschriebenen Weise positioniert werden.

Wie bekannt, ist es bei Blei-Säure-Batterien wünschenswert, eine Leck- oder Druckprüfung durch Einführen von Luft oder dgl. in die Batterie auszuführen. Gemäß einem Aspekt eines bevorzugteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung können die elektrochemischen Elemente folglich so ausgebildet werden, daß sie eine derartige Prüfung vor der Endmontage ermöglichen. Zu diesem Zweck können Dichtungseinrichtungen eingebaut werden, die es gestatten, den Stapel aus elektrochemischen Elementen in einem zusammengepreßten Zustand, wie er für die Endmontage erforderlich ist, der erwünschten Prüfung zu unterwerfen, wobei jedoch lediglich das Auswechseln derjenigen Elemente erforderlich ist, die als defekt ermittelt wurden, statt die ganze Batterie selbst wegzuwerfen, wie dies erforderlich wäre, wenn die Prüfung erst nach der Endmontage durchgeführt würde.

Fig. 3A und 3B zeigen ein Ausführungsbeispiel geeigneter Dichtungseinrichtungen zum Durchführen einer Prüfung und einer noch nicht fertig zusammengebauten Batterie. Man erkennt, daß benachbarte Flächen der einzelnen Rahmen 32, 34 und 36 jeweils eine Rinne 68 aufweisen, die in geeigneter Weise dimensioniert ist, um einen O-Ring 70 aufzunehmen. Wenn der so ausgebildete Stapel zusammengepreßt wird, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist, kann die erforderliche Prüfung durchgeführt werden. Wenn ein Lecken festgestellt wird, kann die defekte Komponente nach Lösen der Kompressionskraft identifiziert und entfernt werden.

Vorzugsweise werden elektrochemische Elemente mit der Form und Ausgestaltung verwendet, die in der genannten Anmeldung beschrieben ist. Durch die Verwendung eines zentralen beidseitig positiven oder beidseitig negativen Rahmens wird folglich eine wirksame Kapazitätserhöhung erreicht, ohne daß es erforderlich wäre, die Plattengröße zu erhöhen oder zwei oder mehr getrennte Batterien elektrisch zu verbinden.

Bipolare Batterien gemäß vorliegender Erfindung können jedoch auch aus anderen modularen elektrochemischen Elementen und unter Verwendung einer konventionellen bipolaren Ausgestaltung zusammengebaut werden (d. h. eine Ausgestaltung, bei der alle Platten mit Ausnahme der Endplatten bipolar sind, von denen die eine unipolar positiv und die andere unipolar negativ ist).

Ein größeres Problem beim Zusammenbau einer bipolaren Batterie unter Verwendung von modularen elektrochemischen Elementen mit Kunststoffrahmen ist die Art und Weise, in der diese Elemente zusammengesetzt und dichtend miteinander verbunden werden. Frühere Bemühungen umfaßten eine Anzahl von Techniken, bei denen erst ein Rahmen dichtend mit einem benachbarten Rahmen verbunden wird, woraufhin dann ein weiterer Rahmen mit den zuvor dichtend verbundenen Rahmen verbunden wird, um auf diese Weise unter Verwendung je eines Elements schrittweise den gewünschten Stapel aus elektrochemischen Elementen zu bilden. Derartige Verfahren des Zusammenbaus können jedoch erhebliche Probleme mit sich bringen, zu denen u. a. gehören: Eine thermische und/oder mechanische Verschlechterung des Separators, eine schlechtere Haftung des aktiven Materials an dem leitfähigen Metallträger der Rahmen und mechanische oder andere Schäden an den bipolaren Platten selbst. Derartige Verfahren machen es erforderlich, den Stapel aus Elementen wiederholt zusammenzupressen, so daß die Wahrscheinlichkeit für eine mangelhafte Kontrolle des Kompressionsdruckes folglich erhöht wird.

Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher der Stapel aus elektrochemischen Elementen einem weiteren Zusammenbau als eine Einheit unterworfen, und die erforderlichen hermetischen und elektrolytdichten Dichtungen werden durch Abdichten dieser Einheit selbst geschaffen (d. h. der Stapel wird als Ganzes versiegelt, wodurch die erheblichen möglichen Probleme vermieden werden, die sich dann ergeben, wenn zunächst zwei Rahmen dichtend miteinander verbunden werden und wenn dann die weiteren Rahmen jeweils dichtend mit einem benachbarten Rahmen verbunden werden, bis der gewünschte Stapel aus elektrochemischen Elementen zusammengebaut ist).

Gemäß dem bevorzugten, in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel werden die erforderlichen Dichtungen dadurch geschaffen, daß man die vier offenen bzw. freien äußeren Oberflächen des Stapels aus elektrochemischen Elementen (natürlich die beiden Endrahmen unter Vermeidung der Notwendigkeit, diese beiden Oberflächen abzudichten) versiegelt. Das Herbeiführen der Abdichtung bzw. Versiegelung auf diese Weise trägt zu der Fähigkeit bei, die bipolaren Batterien gemäß vorliegender Erfindung in einem automatischen Prozeß zusammenzubauen und dabei die für eine kommerzielle Produktion erforderliche Zuverlässigkeit zu erreichen. Außerdem wird auf diese Weise die Möglichkeit geschaffen, die Festigkeit der Batterie zu erhöhen (d. h. die Festigkeit, die Bauelemente zusammenzuhalten, um ein Lecken, einen Leistungsverlust oder dgl. zu verhindern, der aufgrund einer Ausdehnung wegen der Entwicklung von Gasen in der Batterie verursacht werden könnte). Weiterhin läßt sich tatsächlich eine gewisse Redundanz in der Dichtwirkung erreichen.

Die vier offenen äußeren Oberflächen können in jeder gewünschten Reihenfolge abgedichtet werden. Es ist somit nützlich, den Stapel mit der erwünschten Preßkraft auf die geschlossenen Endflächen zusammenzupressen und dann die vier offenen Oberflächen zu versiegeln.

Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel werden, wie in Fig. 4 gezeigt, zunächst die Seitenteile 12 an den seitlichen Oberflächen 72 des Stapels aus elektrochemischen Bauelementen befestigt, der in Fig. 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Eines der Seitenteile 12 ist vorzugsweise mit Öffnungen 74 versehen, die so dimensioniert sind, daß die positiven Anschlüsse 28 und der negative Anschluß 30 durch sie hindurch nach außen vorstehen können. Der Zugang zu jeder Zelle wird durch Füll/Entlüftungs-Öffnungen 76 zum Einfüllen des Elektrolyten und zum Entlüften erhalten. Die Füll/Entlüftungs-Öffnungen 76 können in den einzelnen Rahmen beim Spritzen bzw. Gießen hergestellt oder gebohrt werden.

Anschließend werden dann die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Rahmenstapels versiegelt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Während dieser Versiegelung bzw. Abdichtung sollte außerdem der gewünschte Kompressionsdruck aufrechterhalten werden. Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 5 mit der Oberseite des Rahmenstapels 10 die Füll- und Entlüftungsbox 14 verschweigt. Die Füll- und Entlüftungsbox 14 ist durch Trennwände 78 in eine Reihe von Abteilen unterteilt, wobei jeweils ein Abteil in einer Gas- und Elektrolyt-Verbindung mit einer Zelle steht, und zwar über eine vordere Öffnung 80 in einer Vorderwand der Box 14, und eine Basisöffnung 84 in der Basis der Box 14, wobei die Basisöffnungen 84 mit den Füll- und Entlüftungsöffnungen 76 in dem Rahmenstapel fluchten.

Durch die Verwendung der Füll- und Entlüftungsbox 14 erreicht man nicht nur die erforderliche Abdichtung der oberen Oberfläche der Batterie; vielmehr wird hierdurch auch ein kommerziell akzeptables Füllen mit dem Elektrolyten und ein angemessenes Entlüftung bei der Wartung ermöglicht. Bezüglich des letztgenannten Aspektes sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung explosionssichere Ventile 22 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist das mittlere Abteil 88, wie in Fig. 1 und 5 gezeigt, frei von irgend welchen Öffnungen. Außerdem ist, angrenzend an das mittlere Abteil 88, ein explosionssicheres Ventil 90 in dem aktiven Sammelleitungsdeckel, 24 vorgesehen. Es sind viele explosionssichere Ventile bekannt, die hier verwendet werden können. Auf diese Weise werden sämtliche intern entstehenden Gase, die durch die Ventile 22 austreten, die Batterie durch das explosionssichere Ventil 90 verlassen.

Bei dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Füll- und Entlüftungsbox 14 gemäß Fig. 5 so dimensioniert, daß sie über die Oberseite des Stapels aus elektrochemischen Elementen paßt. Eine derartige Dimensionierung erleichtert das Aufpassen während des Zusammenbaus.

Die elektrische Leistung der versiegelten (d. h. ventilgeregelten) bipolaren Blei-Säure-Batterien wird in Abhängigkeit von dem gewählten Abstand zwischen den Platten und den Separatoren vorausgesagt. Da sich interne Drücke aufbauen können, ist es wünschenswert, der Batterie eine geeignete Festigkeit zu verleihen, so daß sie solchen internen Drücken widerstehen kann und ein Ausbeulen der Endrahmen 32 verhindert oder zumindest auf ein Minimum reduziert wird. Es werden folglich vorzugsweise Endrahmen 32 verwendet, die im Abstand voneinander Verstärkungsrippen 92 aufweisen. Die Box 14 kann ebenfalls ähnlich dimensionierte Rippen 94 aufweisen (Fig. 5).

Zum Abdichten der unteren offenen Oberfläche der Batterie muß lediglich eine flache Platte verwendet werden, die nach Wunsch angeschweißt oder aufgeschmolzen wird. Um das Einfüllen des Elektrolyten zu erleichtern, wird jedoch insbesondere bei ventilgeregelten bipolaren Batterien, wie sie in der Zeichnung gezeigt sind, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Unterdruckbox 18 verwendet. Auf diese Weise kann der Elektrolyt aus einer Richtung in die Separatoren gedrückt werden, während der Unterdruck verwendet wird, um den Elektrolyten aus der anderen Richtung durch den Separator zu ziehen. Ein derartiger Druck/Saug-Elektrolytfüllvorgang kann selbst dann verhältnismäßig effektiv sein, wenn die Separatoren und die Platten relativ dünn sind, wie dies bei dichtend verschlossenen bipolaren Blei-Säure-Batterien der Fall ist.

Um das Druck/Saug-Füllen durchzuführen, müssen im Boden der Rahmen Öffnungen ausgebildet bzw. gebohrt sein, um Zugang zu den Separatoren zu erhalten. Außerdem sollte die Unterdruckbox 18 ähnlich dimensionierte Öffnungen haben, die mit den Öffnungen in den Rahmen fluchten, sowie Öffnungen, mit denen eine geeignete Unterdruckquelle verbunden werden kann. Zur Minimierung der Anzahl der Bauteile ist die Unterdruckbox 18, wie beim Ausführungsbeispiel gezeigt, identisch zu der Füll- und Entlüftungsbox 14 ausgebildet. Im zusammengebauten Zustand, wie er am besten in Fig. 1 zu sehen ist, ist die Basis 96 der Unterdruckbox 18 zu Dichtzwecken, angrenzend an den Boden der Batterie, angeordnet. Die Unterdrucköffnungen 98 fluchten mit den Öffnungen im Bodenteil der Rahmen. Die Unterdruckbox 18 umfaßt einen Rand 100, der so dimensioniert ist, daß er über den Boden des Stapels aus elektrochemischen Elementen paßt. Entsprechendes gilt für die Basis der Füll- und Entlüftungsbox 14, die über die Oberseite des Stapels paßt. Die Unterdruckquelle wird an Unterdrucköffnungen 102 angelegt (Fig. 7), um das Einfüllen des Elektrolyten durchzuführen.

Während das Einfüllen des Elektrolyten durch Drücken und Saugen eine wünschenswerte Sequenz ist, sollte beachtet werden, daß nach Wunsch ebenfalls zahlreiche andere Sequenzen angewandt werden können. Außer dem Füllen durch eine Drucksequenz unter Verwendung der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox 14 kann auch eine Druck/Saug-Sequenz angewandt werden (durch Ansaugen wird ein Unterdruck erzeugt und dann wird der Elektrolyt durch die Öffnung 80 gedrückt). Weiterhin könnte die Unterdruckbox 18 verwendet werden, um den Elektrolyten einzufüllen, und zwar in der Weise, daß der Elektrolyt durch die Öffnungen 102 gedrückt wird und daß an den Öffnungen 80 in der Box 14 ein Unterdruck erzeugt wird. Ebenso könnte die Unterdruckbox 18 entweder zum Drücken oder zum Ansaugen und Drücken beim Einfüllen des Elektrolyten verwendet werden. Tatsächlich könnte eine Druck/Saug-Folge oder eine einfache Drucksequenz zum Einfüllen des Elektrolyten sowohl an der Füll- und Entlüftungsbox als auch an der Unterdruckbox erfolgen.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine redundante Abdichtung herbeigeführt. Wenn die vier offenen Oberflächen durch Anwendung eines Schweiß- oder Schmelzverfahrens abgedichtet werden, kann im einzelnen, beispielsweise nicht nur das Seitenteil befriedigend an der Oberfläche befestigt werden, um die erforderliche Festigkeit und Dichtwirkung zu schaffen, sondern es kann eine redundante Dichtung vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Schweißverbindung zwischen den inneren Oberflächen benachbarter Rahmen erreicht werden, wobei die Schweißverbindung sich vom Seitenrahmen zum inneren der Rahmen beispielsweise über etwa 1,27 bis 2,54 mm oder dgl. erstrecken kann. Die auf diese Weise beim Verschweigen oder Verschmelzen geschaffene Dichtung sorgt für ein Ausmaß an Redundanz, welches zu einer zusätzlichen Festigkeit und einer hermetischen Abdichtung führt.

Die thermoplastischen Kappen bzw. Boxen 16 und 18 zum Füllen und Entlüften bzw. zur Erzeugung eines Unterdrucks, werden dann angebracht, wobei die in Fig. 6 gezeigte Batterie erhalten wird. Die Batterie ist dann fertig für das Füllen mit dem Elektrolyten. Zum Füllen der einzelnen Zellen der bipolaren Batterie gemäß vorliegender Erfindung kann der Schwefelsäureelektrolyt in die Füll- und Entlüftungsöffnungen für die einzelnen Zellen gepumpt werden, oder es kann ein Unterdruck verwendet werden, um den Elektrolyten in die Füll- und Entlüftungsöffnung für die betreffende Zelle zu saugen. Die Batterie kann dann der konventionellen Formierung unterzogen werden. Jegliche überschüssige freie Säure kann dann entleert bzw. mittels Unterdruck über die Füll- und Entlüftungsöffnungen 80 aus der Batterie entfernt werden.

An den Füll- und Entlüftungsöffnungen 80 in der Füll- und Entlüftungsbox 14 können geeignete Druckventile 22 installiert werden. Es ist eine Reihe solcher Ventile bekannt und kann verwendet werden. Beispielsweise kann ein Bunsenventil verwendet werden, welches eine Entlüftung herbeiführt, wenn der Innendruck auf 0,2 bis 0,35 bar oder dgl. ansteigt.

Anschließend können dann, wie in Fig. 7 gezeigt, die Sammelleitungsdeckel 24 und 26 auf die Boxen 14 bzw. 18 aufgeschweißt werden. Der aktive Sammelleitungsdeckel 24 gestattet ein Entlüften nach außen über das explosionssichere Ventil 90 für den Fall, daß der Innendruck so weit ansteigt, daß die Ventile 22 öffnen, um das Gas ausströmen zu lassen. Die Blindabdeckdung 26 für die Unterdruckbox 18, an der keine Ventile 22 benötigt werden, kann die Füll- und Entlüftungsöffnungen 102 in der Unterdruckbox 18 vollständig abdichten, beispielsweise durch Verschlußelemente 104 (Fig. 1).

Die Kapazität der bipolaren Batterien gemäß vorliegender Erfindung wird durch die mit einer Paste versehene (Querschnitts-)fläche der bipolaren aktiven Rahmen bzw. Platten bestimmt. Wenn sich aufgrund vorgegebener Produkteinsatzbeschränkungen bei einem Rahmenstapel mit elektrischer Serienschaltung eine nicht ausreichende Batteriekapazität ergibt, können zwei oder mehr Batterien zu einer elektrischen Serien/Parallel-Anordnung verbunden werden. Fig. 8 zeigt schematisch eine einfache Serienanordnung mit Endrahmen (EF) 32 und einem zentralen Rahmen (CF) 36. Fig. 9 zeigt eine Serien/Parallel-Anordnung mit Endrahmen (EF) 32, aktiven Rahmen (AF) 34 und einem zentralen Rahmen (CF) 36.

Für die verschiedenen Anordnungen sollte auch beachtet werden, ob eine Serienanordnung oder dgl. erwünscht ist, bei der die Anschlüsse auf beiden Seiten der Batterie vorgesehen werden könnten, statt, wie gezeigt, nur auf einer Seite, oder bei der ein oder beide Anschlüsse von den Endrahmen abstehen können. Bei diesem letztgenannten Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Endrahmen von vornherein mit den entsprechenden eingebetteten Anschlüssen zu gießen bzw. zu spritzen.

Die vorliegende Erfindung ist außerordentlich vielseitig und kann angewandt werden, um Batterien zu schaffen, die eine Spannung in dem Bereich von 12 V oder weniger bis zu 48 V oder mehr liefern und einen breiten Bereich von Kapazitäten abdecken, wie sie für die jeweilige Anwendung gefordert werden. Beispielsweise zeigt Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel einer Füll- und Entlüftungsbox für eine doppelte 12 V-Batterie bzw. eine 24 V-Batterie. Bei der Größe der Platten und der Rahmen, die für viele Anwendungen gewünscht wird (beispielsweise Platten mit einer Fläche von etwa 387 cm² und dgl.) ist in der Fläche 106 der Füll- und Entlüftungsbox 108 ausreichend Platz für Füll- und Entlüftungsöffnungen 110 mit einer Größe vorhanden, die angemessene Elektrolytfüllgeschwindigkeiten ermöglicht (eine Öffnung kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 12,7 mm aufweisen).

Wenn eine 48 V-Batterie bzw. eine doppelte 24 V-Batterie hergestellt werden soll, dann kann es vorkommen, daß nicht genügend Platz für geeignet dimensionierte Füll- und Entlüftungsöffnungen für die einzelnen Zellen vorhanden ist, wenn diese, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10, nebeneinander angeordnet sind. Gemäß der in Fig. 11 gezeigten Variante der vorliegenden Erfindung können jedoch doppelte 24 V-Batterien oder einfache 48 V-Batterien mit geeigneten Füll- und Entlüftungseinrichtungen versehen werden, indem abwechselnd Unterruck- und Füllöffnungen 112 bzw. 114 vorgesehen werden. Diese Möglichkeit kann genutzt werden, da die Unterdrucköffnungen 112 kleiner sein können als die Füllöffnungen 114, die für den Elektrolyten bei einer kommerziellen Produktion gewünscht werden. Beim Ausführungsbeispiel haben die Zellen mit Unterdrucköffnungen 112 in der Füll- und Entlüftungsbox 116 eine geeignet positionierte Füll- und Entlüftungsöffnung in der Füll- und Entlüftungsbox, die den Platz der Unterdruckbox 118 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 7 einnimmt. Anders gesagt, wird also die Hälfte der Zellen von oben her mit dem Elektrolyten gefüllt, während die andere Hälfte der Zellen von unten her mit dem Elektrolyten gefüllt wird. Folglich werden bei diesem Ausführungsbeispiel die Zellen mit dem Elektrolyten gefüllt, indem man alternierend die obere oder die untere Füll- und Entlüftungsbox verwendet.

Fig. 12 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für eine doppelte 24 V-Batterie bzw. eine einzige 48 V-Batterie gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Füll- und Entlüftungsöffnungen 118 für alle Zellen in der Füll- und Entlüftungsbox 120 vorgesehen. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Öffnungen 118 alternierend auf der einen oder anderen Seite anordnet und Trennwände 122 verwendet, um die einzelnen Elektrolytfülleitungen zu schaffen, die mit den zugeordneten Zellen kommunizieren.

Unter dem Aspekt der Fertigung kann es wünschenswert sein, die Endrahmen 32 aus zwei Komponenten herzustellen, statt sie als einstückiges Bauteil auszubilden, wie dies in Fig. 2A gezeigt ist. Zu diesem Zweck werden gemäß Fig. 13 die Endrahmen 124, während die aktiven Rahmen 34 und der Mittelrahmen 36 so ausgebildet sind, wie zuvor beschrieben, ähnlich wie aktive Rahmen 34 ausgebildet und bilden nicht die äußeren Endflächen der Batterie wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2A. Ein zweites Bauteil, nämlich ein Kunststoffrahmen 126, bildet die äußeren Endflächen der Batterie, und jeder Kunstoffrahmen 126 umfaßt beim betrachteten Ausführungsbeispiel Verstärkungsrippen 128, die dabei helfen, ein Ausbeulen der Batterie im Betrieb zu verhindern. Der Zusammenbau der Batterie gemäß dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel kann in der zuvor beschriebenen Weise durchgeführt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Verwendung eines zusätzlichen Verstärkungselementes, um einen noch höheren Widerstand gegen ein Ausbeulen der Batterie während des Betriebes zu erreichen. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 13 ein Stabilisierungselement 130 aus Kunststoff vorgesehen, welches mit jedem Kunststoffrahmen 126 nach Wunsch verschweißt oder in anderer Weise verbunden werden kann. Die Rippen 128 und das Verstärkungselement 130 wirken zusammen, um während des Betriebes für eine überragende Stabilität zu sorgen, ohne die Möglichkeit zu beeinträchtigen, die Batterie gemäß vorliegender Erfindung nach dem vorstehend erläuterten Montageverfahren zusammenzubauen. Das stabilisierende, aus Kunststoff bestehende Element 130 kann natürlich auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2A verwendet werden, wenn dies erwünscht ist.

Die thermoplastischen Materialien, welche für die einzelnen bipolaren Batterierahmen oder andere hier beschriebene Bauelemente verwendet werden, können nach Wunsch irgend eines von verschiedenen Materialien sein. Zu den brauchbaren Materialien gehören generell beispielsweise Polypropylen-Homopolymere und -copolymere, Polyphenylenäther, Polyphenylen-Sulfide, ABS, PVC und Acrylharze, wobei diese Stoffe mit oder ohne Glas als Füllstoff verwendet werden können. Es können auch andere thermoplastische Materialien verwendet werden, welche die Kriterien für den jeweiligen Anwendungszweck erfüllen. Zu den Hauptkriterien gehören Festigkeit, Steifigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Säure und Oxydation, Kompatibilität mit der Blei/Säure-Umgebung und die Fähigkeit für ein Spritzen bzw. Formen (beispielsweise Spritzformen).

Die Schweiß- und Verschmelzvorgänge, welche oben beschrieben wurden, können mit Hilfe eines beliebigen bekannten Verfahrens durchgeführt werden. Beispielsweise kann nach den Verfahren des linearen Vibrationsschweißens, des Vibrationsschweißens in einer Umlaufebene, des Schweißens mit einer heißen Platte, des Schweißens mit fokussierter Infrarotstrahlung, des Schmelzschweißens durch Induktionserhitzung, des Schmelzschweißens durch Widerstandserhitzung und des Verschweißens unter Verwendung eines Lösungsmittels gearbeitet werden. Es ist auch möglich, die Verbindungen durch Verkleben mit Hilfe eines Adhäsionsklebers herzustellen. Die geschweißten Verbindungen bzw. Nähte sollten unabhängig von dem angewandten Verfahren im wesentlichen leckfrei, hermetisch abgedichtet und noch bei Drücken oberhalb des erwarteten Innendrucks der Batterie im Betrieb flüssigkeitsdicht sein.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine bipolare Blei-Säure-Batterie geschaffen, die aus modularen elektrochemischen Bauteilen und Montagebauteilen zusammengebaut wird. Diese Bauteile sorgen nicht nur für die gewünschte Spannung und Kapazität über für einen weiten Anwendungsbereich, sondern eignen sich auch ohne weiteres für eine Automatisierung und eine kommerzielle Produktion. Diese Vorteile werden durch eine Konfiguration erreicht, bei der lediglich die äußeren Oberflächen der vier offenen bzw. freiliegenden Seiten (nämlich die Oberseite, die Unterseite und zwei Seitenflächen) versiegelt werden müssen. Die Notwendigkeit, eine Komponente nach der anderen anzuschweißen und die damit verbundenen oben erwähnten Probleme werden auf diese Weise vermieden. Die bipolare Batterie gemäß vorliegender Erfindung ist gleichzeitig für kommerziell durchführbare Elektrolytfüllsequenzen geeignet und ermöglicht eine befriedigende Entlüftung im Betrieb.

Während die vorliegende Erfindung vorstehend anhand gewisser bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert wurde, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Während die Erfindung beispielsweise im wesentlichen in Verbindung mit einer hermetisch geschlossenen Blei-Säure-Batterie beschrieben wurde, versteht es sich, daß die Erfindung in gleicher Weise auch für bipolare Blei-Säure-Batterien geeignet ist, die nachgefüllt werden müssen.

Weiterhin kann das Abdichten der vier freien Außenflächen auch nach irgend welchen anderen Verfahren durchgeführt werden, wenn dies erwünscht ist. Beispielsweise könnten die verschiedenen zusammenzubauenden Bauteile zuerst in eine Hülse oder eine Schachtel mit offenen Enden vor der Versiegelung in Form eines Stapels eingesetzt werden. Die erforderliche Versiegelung könnte dann durch Einspritzen eines thermoplastischen Materials rings um den Stapel aus elektrochemischen Bauteilen erfolgen, und zwar unter Verwendung einer Form, um den erforderlichen Druck zu erreichen.

Während die Abdichtung vorzugsweise in der beschriebenen Weise durchgeführt wird, da hierdurch ein zuverlässiger und einfacher Zusammenbau erreicht wird, liegt es ferner im Rahmen der Erfindung, den Stapel aus elektrochemischen Bauteilen dadurch abzudichten, daß anstelle externer Oberflächen interne Oberflächen benachbarter Rahmen durch Verschweigen oder Verschmelzen miteinander verbunden werden. Beispielsweise ist es möglich, das Verschweißen interner Oberflächen durch Induktionsheizung (beispielsweise durch Einbetten von Metall in den Rahmen), durch Widerstandsheizung (beispielsweise durch Hindurchführen eines Stroms durch einen Draht oder dgl.) oder durch einen Kleber oder mit Hilfe eines Lösungsmittels zu erreichen (es wird beispielsweise ein druckempfindlicher Kleber, ein anerobischer Kleber oder ein Lösungsmittel auf die entsprechenden Flächen der Rahmen aufgetragen und dann die gewünschte Kompressionskraft ausgeübt). Alle diese Alternativen führen zu dem gewünschten Ziel einer dichtenden Verbindung der elektrochemischen Bauteile in Form einer einen Stapel bildenden Einheit. Derzeit wird jedoch davon ausgegangen, daß jede der aufgezeigten Alternativen im Vergleich zu dem ausführlich erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung etwas weniger zuverlässig oder etwas komplizierter ist.

Claims (33)

1. Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Blei-Säure-Batterie mit einer gewünschten Spannung und Kapazität,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
es wird ein Satz von Endrahmen vorgesehen, von denen jeder eine feste äußere Oberfläche, eine obere Fläche, eine Bodenfläche und Seitenflächen sowie eine innere Oberfläche aufweist, die einen umlaufenden Rand umfaßt, der einen zentralen offenen Bereich definiert, der zur Aufnahme eines leitfähigen metallischen Trägers dimensioniert ist, wobei in jeden dieser Endrahmen ein leitfähiger metallischer Träger eingebettet und in dem zentralen offenen Bereich positioniert ist und wobei mit den leitfähigen metallischen Trägern jeweils eine Schicht aus positivem oder negativem aktivem Material haftend verbunden ist;
es werden weitere Rahmen vorgesehen, welche eine obere Fläche, eine Bodenfläche und Seitenflächen und einen umlaufenden Rand aufweisen, der einen zentralen offenen Bereich definiert, der zur Aufnahme eines leitfähigen metallischen Trägers bemessen ist, wobei in jeden der weiteren Rahmen ein leitfähiger metallischer Träger eingebettet und in dem zentralen offenen Bereich positioniert ist, wobei mit jeder Oberfläche des leitfähigen metallischen Trägers eine Schicht aus positivem oder negativem aktivem Material haftend verbunden ist;
der Satz von Endrahmen und eine ausreichende Anzahl der anderen Rahmen wird zusammengebaut, um die erforderliche Spannung und Kapazität zu erreichen, wobei die Rahmen derart zusammengebaut werden, daß eine Schicht aus positivem aktivem Material einer Schicht aus negativem, aktivem Material benachbart ist, während zwischen benachbarten Rahmen ein Separator angeordnet wird, so daß die zusammengebauten Endrahmen und die weiteren Rahmen eine Einheit aus elektrochemischen Komponenten bilden, welche eine obere Fläche, Seitenflächen und eine untere Fläche besitzt, die der oberen Fläche, den Seitenflächen und der Bodenfläche der Rahmen entsprechen, wobei die äußeren Flächen der Endrahmen die Stirnflächen der Einheit aus elektrochemischen Komponenten bilden und die umlaufenden Ränder benachbarter Rahmen dazwischen die genannten Außenflächen bilden;
in der oberen Fläche und in der Bodenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten wird eine Füll- und Entlüftungsöffnung für den Elektrolyten vorgesehen, die in Verbindung mit einem Separator steht;
die Seitenflächen der Einheit aus elektrochemischen Komponenten werden jeweils mit einer Platte dichtend verschlossen;
es wird eine Elektrolyt-Füll-und Entlüftungsbox vorgesehen, welche eine Basis umfaßt, die in Abteile unterteilt ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Separatoren ist und die Füll- und Entlüftungsöffnungen für den Elektrolyten besitzt, die mit den Öffnungen in der oberen Fläche der Einheit fluchten, wobei die Füll- und Entlüftungsbox ferner eine vordere Platte umfaßt, die eine Öffnung besitzt, die mit jedem Abteil in Verbindung steht, sowie eine offene Oberseite;
die Basis der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox wird mit der oberen Fläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten dichtend verbunden;
es wird eine Unterdruckbox bereitgestellt, welche eine Basis besitzt, die in Abteile unterteilt ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Separatoren ist und die Öffnungen aufweist, die mit den Öffnungen in der Bodenfläche der Einheit fluchten, wobei die Unterdruckbox eine vordere Platte aufweist, die eine Öffnung besitzt, die mit jedem Abteil in Verbindung steht, sowie eine offene Oberseite;
die Basis der Unterdruckbox wird mit der Bodenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten dichtend verbunden;
die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox und die Unterdruckbox werden auf ihrer Oberseite jeweils mit Hilfe eines Deckels dichtend verschlossen;
in die Öffnungen der vorderen Platte der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox wird eine ausreichende Menge eines Elektrolyten eingefüllt, um der Batterie die gewünschte Kapazität zu erteilen, während gleichzeitig an den Öffnungen der vorderen Platte der Unterdruckbox ein Unterdruck erzeugt wird;
für die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox wird ein Sammelleitungsdeckel vorgesehen, der dichtend über der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox angeordnet wird, und für die Unterdruckbox wird ein Sammelleitungsdeckel vorgesehen, welcher Verschlußelemente aufweist, die die Öffnungen in der vorderer Platte der Unterdruckbox verschließen, und dieser Sammelleitungsdeckel wird dichtend mit der Unterdruckbox verbunden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolare Blei-Säure-Batterie als dichtend verschlossene Batterie ausgebildet wird, daß als Separatoren kompressible Separatoren verwendet werden, die für dichtend verschlossene Blei-Säure-Batterien geeignet sind, und daß die Einheit aus elektrochemischen Komponenten in einem vorgegebenen Ausmaß derart zusammengepreßt wird, daß sich vor dem dichtenden Verschließen der oberen Fläche, der Bodenfläche und der Seitenflächen in der zusammengebauten Batterie die gewünschte Separatordicke ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Rahmen aktive bipolare Rahmen bilden, welche eine Schicht aus aktivem positivem Material aufweisen, die mit der einen Seite des leitfähigen metallischen Trägers haftend verbunden ist, und die eine Schicht aus aktivem negativem Material aufweisen, die mit der anderen Seite des Trägers haftend verbunden ist, sowie einen zentralen Doppelrahmen mit jeweils einer Schicht aus aktivem Material, welches haftend mit den beiden Seiten des leitfähigen metallischen Trägers verbunden ist, welcher in den Doppelplattenrahmen eingebettet ist, wobei die Polarität dieses haftend mit dem Träger verbundenen aktiven Materials entgegengesetzt zur Polarität des haftend mit den Endrahmen verbundenen aktiven Materials entgegengesetzt ist, um zwei parallel geschaltete Batterien zu bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Seitenflächen des umlaufenden Randes jedes Rahmens derart ausgebildet sind, daß sich beim Zusammenbau der Einheit aus elektrochemischen Komponenten ein vorgegebenes Maß der Kompression ergibt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Seitenflächen des umlaufenden Randes jedes Rahmens eine Schulter umfassen, um einen Separator in die Einheit aus elektrochemischen Komponenten aufzunehmen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der leitfähigen metallischen Träger, die in die Endrahmen und die bipolaren Rahmen eingebettet sind, Begrenzungselemente für das Positionieren des aktiven Materials und zum Sichern des aktiven Materials in der gewünschten Position umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsöffnung in der oberen Fläche und in der Bodenfläche durch Rahmen geschaffen wird, welche geeignet gestaltete Kerben haben, die beim Gießen in den entsprechenden Rahmenoberflächen vorgesehen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das leitfähige Metallsubstrat der zentralen Doppelplatte durch eine Seitenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten hindurch erstreckt, um einen positiven oder negativen Anschluß zu bilden, und daß sich die leitfähigen Metallträger in den Endrahmen durch die Seite der Einheit aus elektrochemischen Elementen hindurch erstrecken, um Anschlüsse zu bilden, deren Polarität zu derjenigen der zentralen Doppelplatte entgegengesetzt ist, und daß ein Rahmen Öffnungen aufweist, die, derart dimensioniert und ausgerichtet sind, daß der Rahmen, angrenzend an die Seitenfläche der modularen Einheit, aus elektrochemischen Elementen, derart positioniert werden kann, daß die Anschlüsse sich durch diese Öffnungen hindurch erstrecken.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abdichtung gleichzeitig mindestens ein Teil der umlaufenden Oberflächen benachbarter Rahmen dichtend miteinander verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox mindestens ein Abteil mehr umfaßt als Separatoren vorhanden sind, jedoch ohne eine Öffnung in der vorderen Platte, daß der Sammelleitungsdeckel für die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox eine explosionssichere Entlüftung umfaßt und daß der abgedichtete Sammelleitungsdeckel für die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox derart positioniert ist, daß die explosionssichere Entlüftung dem benachbarten Abteil, welches keine Öffnung in der vorderen Platte aufweist, gegenüber liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endrahmen Verstärkungsrippen aufweisen, die so bemessen und angeordnet sind, daß das Ausbeulen der Batterie im Betrieb auf ein Minimum reduziert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endrahmen ein einheitliches Bauteil ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endrahmen zwei Bauteile umfaßt, wobei ein Bauteil die innere Oberfläche bildet, die den umlaufenden Rand aufweist, der den zentralen offenen Bereich mit dem darin angeordneten leitfähigen metallischen Träger definiert, während das andere Bauteil die feste äußere Oberfläche mit den daran vorgesehenen Verstärkungsrippen bildet.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Endrahmen ein stabilisierendes Kunststoffelement befestigt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Füll- und Entlüftungsbox und die Unterdruckbox jeweils Verstärkungsrippen aufweisen, die bei zusammengebauter Batterie mit den Rippen der Endrahmen fluchten.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisteile der Füll- und Entlüftungsbox und der Unterdruckbox so dimensioniert und ausgebildet werden, daß sich ein umlaufender Steg ergibt, die über den oberen bzw. unteren Teil der Oberflächen der Einheit aus elektrochemischen Komponenten paßt.

17. Verfahren zum Herstellen einer dichtend verschlossenen bipolaren Blei-Säure-Batterie mit einer gewünschten Spannung und Kapazität, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
es wird ein Satz von Endrahmen vorgesehen, von denen jeder eine feste äußere Oberfläche, eine obere Fläche, eine Bodenfläche und Seitenflächen sowie eine innere Oberfläche aufweist, die einen umlaufenden Rand umfaßt, der einen zentralen offenen Bereich definiert, der zur Aufnahme eines leitfähigen metallischen Trägers dimensioniert ist, wobei in jeden dieser Endrahmen ein leitfähiger metallischer Träger eingebettet und in dem zentralen offenen Bereich positioniert ist und wobei mit den leitfähigen metallischen Trägern jeweils eine Schicht aus positivem oder negativem aktivem Material haftend verbunden ist;
es werden weitere Rahmen vorgesehen, welche eine obere Fläche, eine Bodenfläche und Seitenflächen und einen umlaufenden Rand aufweisen, der einen zentralen offenen Bereich definiert, der zur Aufnahme eines leitfähigen metallischen Trägers bemessen ist, wobei in jeden der weiteren Rahmen ein leitfähiger metallischer Träger eingebettet und in dem zentralen offenen Bereich positioniert ist, wobei mit jeder Oberfläche des leitfähigen metallischen Trägers eine Schicht aus positivem oder negativem aktivem Material haftend verbunden ist;
der Satz von Endrahmen und eine ausreichende Anzahl der weiteren Rahmen wird zusammengebaut, um die erforderliche Spannung und Kapazität zu erreichen, wobei die Rahmen derart zusammengebaut werden, daß eine Schicht aus positivem aktivem Material einer Schicht aus negativem, aktivem Material benachbart ist, während zwischen benachbarten Rahmen ein Separator angeordnet wird, so daß die zusammengebauten Endrahmen und die weiteren Rahmen eine Einheit aus elektrochemischen Komponenten bilden, welche eine obere Fläche, Seitenflächen und eine untere Fläche besitzt, die der oberen Fläche, den Seitenflächen und der Bodenfläche der Rahmen entsprechen, wobei die äußeren Flächen der Endrahmen die Stirnflächen der Einheit aus elektrochemischen Komponenten bilden und die umlaufenden Ränder benachbarter Rahmen dazwischen die genannten Außenflächen bilden;
in der oberen Fläche und in der Bodenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten wird eine Füll- und Entlüftungsöffnung für den Elektrolyten vorgesehen, die in Verbindung mit einem Separator steht; die Einheit aus elektrochemischen Komponenten wird in einem vorgegebenen Ausmaß zusammengepreßt, um in der zusammengebauten Batterie die gewünschte Separatordicke zu erreichen;
die Seitenflächen der Einheit aus elektrochemischen Komponenten werden jeweils mit einer Platte dichtend verschlossen;
es wird eine Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox vorgesehen, welche eine Basis umfaßt, die in Abteile unterteilt ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Separatoren ist und die Füll- und Entlüftungsöffnungen für den Elektrolyten besitzt, die mit den Öffnungen in der oberen Fläche der Einheit fluchten, wobei die Füll- und Entlüftungsbox ferner eine vordere Platte umfaßt, die eine Öffnung besitzt, die mit jedem Abteil in Verbindung steht, sowie eine offene Oberseite;
die Basis der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox wird mit der oberen Fläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten dichtend verbunden;
die Bodenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten wird dichtend mit einer Platte verbunden; es wird die Menge an Elektrolyt zugesetzt, die erforderlich ist, um der Batterie die gewünschte Kapazität zu erteilen, indem der Elektrolyt in die Öffnungen der vorderen Platte der Füll- und Entlüftungsbox eingeführt wird;
für die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox wird ein Sammelleitungsdeckel vorgesehen, der dichtend über der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox angeordnet wird; und
in die Öffnungen der vorderen Platte der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox werden Ventile eingesetzt, die derart ausgebildet sind, daß sie den Innendruck in der Batterie auf einem vorgegebenen Niveau halten.

18. Bipolare Blei-Säure-Batterie mit einer gewünschten Spannung und Kapazität, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
es ist ein Satz von Endrahmen vorgesehen, von denen jeder eine feste äußere Oberfläche, eine obere Fläche, eine Bodenfläche und Seitenflächen sowie eine innere Oberfläche aufweist, die einen umlaufenden Rand umfaßt, der einen zentralen offenen Bereich definiert, der zur Aufnahme eines leitfähigen metallischen Trägers dimensioniert ist, wobei in jeden dieser Endrahmen ein leitfähiger metallischer Träger eingebettet und in dem zentralen offenen Bereich positioniert ist und wobei mit den leitfähigen metallischen Trägern jeweils eine Schicht aus positivem oder negativem aktivem Material haftend verbunden ist;
es sind weitere Rahmen vorgesehen, welche eine obere Fläche, eine Bodenfläche und Seitenflächen und einen umlaufenden Rand aufweisen, der einen zentralen offenen Bereich definiert, der zur Aufnahme eines leitfähigen metallischen Trägers bemessen ist, wobei in jeden der weiteren Rahmen, ein leitfähiger metallischer Träger eingebettet und in dem zentralen offenen Bereich positioniert ist, wobei mit jeder Oberfläche des leitfähigen metallischen Trägers eine Schicht aus positivem oder negativem aktivem Material haftend verbunden ist;
die Endrahmen und die weiteren Rahmen sind einander gegenüberliegend und einander benachbart angeordnet und bilden eine Einheit aus elektrochemischen Komponenten, welche eine obere Fläche, Seitenflächen und eine untere Fläche besitzt, die der oberen Fläche, den Seitenflächen und den Bodenflächen der Rahmen entsprechen, wobei die äußeren Flächen der Endrahmen die Stirnflächen der Einheit aus elektrochemischen Komponenten bilden und die umlaufenden Ränder benachbarter Rahmen dazwischen die genannten Außenflächen bilden, wobei die Rahmen der Einheit so zusammengebaut sind, daß jede Schicht aus aktivem, positivem Material einer Schicht aus aktivem, negativem Material benachbart ist, und wobei zwischen den benachbarten Schichten aus aktivem, positivem bzw. negativem Material jeweils ein Separator angeordnet ist;
in der oberen Fläche und in der Bodenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten ist eine Füll- und Entlüftungsöffnung vorgesehen, die in Verbindung mit dem Separator steht;
die Seitenflächen der Einheit aus elektrochemischen Komponenten sind mit jeweils einer Platte dichtend verschlossen;
es ist eine Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox vorgesehen, welche eine Basis umfaßt, die in Abteile unterteilt ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Separatoren ist und die Füll- und Entlüftungsöffnungen für den Elektrolyten besitzt, die mit den Öffnungen in der oberen Fläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten fluchten, wobei die Füll- und Entlüftungsbox ferner eine vordere Platte umfaßt, die eine Reihe von Öffnungen besitzt, von denen jeweils eine mit jedem Abteil in Verbindung steht, sowie eine offene Oberseite, die Basis der Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox ist mit der oberen Fläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten dichtend verbunden, und die offene Seite der Füll- und Entlüftungsbox ist dichtend durch einen Deckel verschlossen;
es ist eine Unterdruckbox vorgesehen, welche eine Basis besitzt, die in Abteile unterteilt ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Separatoren ist und die Öffnungen aufweist, die mit den Öffnungen in der Bodenfläche der Einheit fluchten, wobei die Unterdruckbox eine vordere Platte aufweist, die eine Reihe von Öffnungen besitzt, von denen jeweils eine von jedem Abteil in Verbindung steht, sowie eine offene Oberseite;
die Basis der Unterdruckbox ist mit der Bodenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten dichtend verbunden;
ein Sammelleitungsdeckel für die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox ist dichtend an der vorderen Platte dieser Box angebracht und ein Deckel ist dichtend mit der Unterdruckbox verbunden, um deren offene Oberseite zu schließen;
ein Sammelleitungsdeckel mit Verschlußelementen zum Blockieren der Öffnungen in der vorderen Wand der Unterdruckbox ist derart dichtend mit der Unterdruckbox verbunden, daß er die genannten Öffnungen schließt; und
der Elektrolyt ist zwischen benachbarten Schichten aus aktivem, positivem und negativem Material vorgesehen.

19. Batterie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie als dichtend verschlossene Batterie ausgebildet ist, daß als Separatoren kompressible Separatoren vorgesehen sind, die für dichtend geschlossene Blei-Säure-Batterien geeignet sind und daß die Einheit aus elektrochemischen Komponenten in einem vorgegebenen Ausmaß derart zusammengepreßt ist, daß sich die gewünschte Separatordicke ergibt.

20. Batterie nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Rahmen aktive bipolare Rahmen bilden, welche eine Schicht aus aktivem, positivem Material aufweisen, die mit der einen Seite des leitfähigen metallischen Trägers haftend verbunden ist, und welche eine Schicht aus aktivem, negativem Material aufweisen, die mit der anderen Seite des Trägers haftend verbunden ist, und die einen zentralen Doppelrahmen mit jeweils einer Schicht aus aktivem Material aufweist, welches haftend mit den beiden Seiten des leitfähigen metallischen Trägers verbunden ist, welcher in den Doppelplattenrahmen eingebettet ist, wobei die Polarität dieses haftend mit dem Träger verbundenen aktiven Materials jeweils entgegengesetzt zur Polarität des haftend mit den Endrahmen verbundenen aktiven Materials ist.

21. Batterie nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige metallische Träger der zentralen Doppelplatte sich durch eine Seitenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten hindurch erstreckt, um den positiven oder negativen Anschluß zu bilden, und daß die leitfähigen metallischen Träger in den Endrahmen sich durch die Seite der Einheit aus elektrochemischen Komponenten hindurch erstrecken, um Anschlüsse mit zur Polarität des durch die zentrale Doppelplatte gebildeten Anschlusses entgegengesetzter Polarität zu bilden.

22. Batterie nach Anspruch 20, bei der die umlaufenden Ränder, angrenzende an die Seitenflächen der einzelnen Rahmen, derart ausgebildet sind, daß sich für jeden Separator beim Zusammenbau der Einheit aus elektrochemischen Komponenten der vorgegebene Kompressionsgrad ergibt.

23. Batterie nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Seitenflächen der einzelnen Rahmen angrenzenden umlaufenden Ränder eine Schulter aufweisen, die zur Aufnahme eines Separators ausgerichtet ist.

24. Batterie nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der leitfähigen metallischen Träger, die in die Endrahmen und in die bipolaren Rahmen eingebettet sind, ein Begrenzungselement für das aktive Material aufweist, um das aktive Material in der gewünschten Position zu sichern.

25. Batterie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsöffnung in der Oberseite und der Bodenfläche durch geeignet ausgebildete Kerben in den betreffenden Rahmenoberflächen gebildet ist.

26. Batterie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der umlaufenden Flächen benachbarter Rahmen dichtend miteinander verbunden ist.

27. Batterie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox mindestens ein Abteil mehr aufweist als Separatoren vorhanden sind und daß dieses zusätzliche Abteil ohne eine Öffnung in der vorderen Platte ausgebildet ist und daß der Sammelleitungsdeckel für die Elektrolyt-Füll- und Entlüftungsbox eine explosionssichere Entlüftung umfaßt und im dichtend angebrachten Zustand derart angeordnet ist, daß die explosionssichere Entlüftung angrenzend an das Abteil angeordnet ist, welches in der vorderen Wand keine Öffnung aufweist.

28. Batterie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Endrahmen Verstärkungsrippen aufweisen, die derart dimensioniert und angeordnet sind, daß das Ausbeulen der Batterie im Betrieb auf ein Minimum reduziert ist.

29. Batterie nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endrahmen ein einstückiges Bauteil ist.

30. Batterie nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Endrahmen zwei Bauteile umfaßt, wobei ein Bauteil die innere Oberfläche bildet, die den umlaufenden Rand aufweist, der den zentralen offenen Bereich mit dem darin angeordneten leitfähigen metallischen Träger definiert, während das andere Bauteil die feste äußere Oberfläche mit den daran vorgesehenen Verstärkungsrippen bildet.

31. Batterie nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Endrahmen ein stabilisierendes Kunststoffelement angebracht ist.

32. Batterie nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll- und Entlüftungsbox und die Unterdruckbox Verstärkungsrippen aufweisen, die mit den Rippen an den Endrahmen fluchten.

33. Batterie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis der Füll- und Entlüftungsbox und der Unterdruckbox jeweils so dimensioniert und ausgebildet ist, daß sich ein Rand ergibt, welcher über die obere Fläche bzw. die Bodenfläche der Einheit aus elektrochemischen Komponenten paßt.