DE4419419A1

DE4419419A1 - Lead-acid accumulator structure and electrode arrangement

Info

Publication number: DE4419419A1
Application number: DE4419419A
Authority: DE
Inventors: Erich Tausend
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-07

Abstract

A lead-acid accumulator has rectangular electrodes 10 of alternating polarity lying horizontally, stacked vertically and tensioned elastically between two parallel flat pole plates 20 so that the long side of one electrode is electrically connected to one pole plate and the other long side is electrically insulated from the other pole plate. Each electrode is independent of the next. The elastic tension is attained by having the electrode stack arched upwards. Each plate is made from a sandwich of a non-conducting carrier plate 11 with a grid of closely-spaced holes, a finely-meshed lead lattice 14 and above this the active mass 15. The lattices are bent over the rims 13 of the carrier plates to make contact with the pole plates.

Description

Die Erfindung betrifft den Zellenaufbau, die Anordnung und Struk tur der Elektroden und Stromleiter von elektrochemischen Energie speichern, vorzugsweise von Blei-Säure-Batterien, im folgenden Text als Blei-Akku bezeichnet.The invention relates to the cell structure, the arrangement and structure ture of electrodes and conductors of electrochemical energy store, preferably from lead-acid batteries, in the following Text called lead battery.

Insbesondere bei der Verwendung des Blei-Akku′s als Energiespei cher im Elektrostraßenfahrzeug steht das Problem des ungünstigen Masse-/Kapazitäts-Verhältnisses im Vordergrund.Especially when using the lead battery as an energy saver The problem of the unfavorable arises in electric road vehicles Mass / capacity ratio in the foreground.

Eine erste zusammenfassende Information über den Stand der Technik vermittelt das Buch: "Elektrochemische Energiespeicherung", Her ausgeber Bundesminister für Forschung und Technologie, Jahrgang 1981. Hier ist in einem Schaubild S.130 der Gewichtsanteil der Bauelemente einer Blei-Akkuzelle größenordnungsmäßig dargestellt, woraus hervorgeht, daß die chemisch aktiven Massen auch unter Be rücksichtigung neuester Entwicklungen weniger als 50% des Gesamt gewichtes ausmachen.A first summary of the state of the art conveys the book: "Electrochemical Energy Storage", Her Federal Minister for Research and Technology, born 1981. Here in a diagram p.130 the weight fraction of the Components of a lead battery cell are shown in order of magnitude, from which it emerges that the chemically active compositions also under Be taking into account the latest developments less than 50% of the total make up weight.

Beim Blei-Akku laufen die chemischen Reaktionen nur an der Ober fläche der aktiven Masse ab, woraus sich die Forderung ableitet, daß für eine möglichst große elektrische Speicherleistung eine gegebene Reaktionsmasse auf eine möglichst große Oberfläche aus geformt werden muß. Nach diesem Stand der Technik werden die be sten Werte der Leistungsdichte, = elektrische Speicherleistung/ 1 kg Gewicht, mit sogenannten Gitterelektroden erreicht. Hier ist die aktive Masse als schwammartige Substanz in Gitterzwischen räume eingepreßt. Die Plattengitter bestehen aus Blei und haben die Funktion der Stromableitung und der mechanischen Formstabili sierung, da die aktive Schwammasse keine ausreichende Formstabi lität besitzt. Das Gewicht der Bleiplattengitter und deren Verbin dungsteile liegt in der Größenordnung des aktiven Massegewichtes, ohne selbst an der Energiespeicherung beteiligt zu sein.In the lead-acid battery, the chemical reactions only run on the upper area of the active mass, from which the claim is derived, that for the greatest possible electrical storage capacity given reaction mass on the largest possible surface must be shaped. According to this state of the art, the be most values of power density, = electrical storage power / 1 kg weight, achieved with so-called grid electrodes. Here is the active mass as a sponge-like substance in lattice between rooms pressed in. The plate grids are made of lead and have the function of current dissipation and mechanical form stability sation because the active sponge mass does not have sufficient shape stabilization possesses. The weight of the lead plate grids and their connection manure parts is in the order of the active mass weight, without being involved in energy storage.

Es ist auch bekannt, die Plattengitter aus Aluminium mit einer galvanisch aufgebrachten Bleibeschichtung herzustellen. Neben der Gewichtseinsparung ist dadurch zusätzlich der Vorteil der besseren elektrischen Leitfähigkeit gewonnen. Diese Ausführung weist aber den Mangel auf, daß die galvanische Bleischicht nicht dicht auf dem Grundmetall haftet, so daß dieses vom Elektrolyten angegriffen wird.It is also known to use an aluminum plate grid to produce an electroplated lead coating. In addition to the Weight saving is the additional advantage of the better electrical conductivity gained. This version points however the lack that the galvanic lead layer is not tight adheres to the base metal so that it is attacked by the electrolyte becomes.

Aus der Druckschrift DE-AS 23 47 218 ist bekannt, Elektroden platten entgegengesetzter Polarität längs ihrer Seitenkanten elektrolytdicht zusammenzuschalten. Damit können einzelne Elektro denplatten oder Elektrodenpakete unter Wegfall von Zellenwänden in Reihe geschaltet werden.From the document DE-AS 23 47 218 electrodes are known plates of opposite polarity along their side edges interconnect electrolyte-tight. This allows individual electrical denplatten or electrode packages with the elimination of cell walls can be connected in series.

In der Regel sind in einem Blei-Akku die Plattenebenen vertikal gestellt und die Platten sind mit wechselnder Polarität horizontal aneinandergereiht. In der Druckschrift DE-OS 40 11 531 wird vor geschlagen, kreisförmige Elektrodenplatten horizontal zu legen und in einem zylindrischen Zellengefäß vertikal zu schichten. Es ist auch bekannt, z. B. nach der Druckschrift DE- 36 44 420, daß der Elektrolyt mittels geeigneter Zuschlagstoffe Gel-artig fest gelegt ist. In anderer Weise wird der Elektrolyt in Separatoren aus Vliesmaterial festgelegt, z. B. nach der Druckschrift DE-OS 35 43 617.As a rule, the plate levels in a lead acid battery are vertical and the plates are horizontal with changing polarity strung together. In the document DE-OS 40 11 531 before beaten to lay circular electrode plates horizontally and to layer vertically in a cylindrical cell vessel. It is also known e.g. B. according to the publication DE-36 44 420, that the electrolyte is gel-like by means of suitable additives is laid. In another way, the electrolyte is in separators made of nonwoven material, e.g. B. according to the publication DE-OS 35 43 617.

Ein schwerwiegender Mangel der bekannten Ausführungen von Blei- Akku′s liegt in der Stoßempfindlichkeit, was auf die geringe Form stabilität des Aktiv-Masseschwammes zurückzuführen ist.A serious deficiency in the known lead designs Battery’s lies in the shock sensitivity, which is due to the small shape stability of the active mass sponge is due.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Gewichtsanteil der nicht an der chemischen Reaktion beteiligten Bauteile eines Akkumulators weitgehend zu reduzieren, dabei gleichzeitig die mechanische Stabilität zu verbessern, je doch so, daß dadurch keine anderen Funktionsminderungen verur sacht werden.The invention specified in claim 1 is the problem based on the percentage by weight not related to the chemical reaction largely reduce the components of an accumulator involved, while improving the mechanical stability, depending but in such a way that it does not cause other functional impairments become gentle.

Die Lösung dieses Problems geht aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 hervor.The solution to this problem arises from the characteristic features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen 2 bis 13 angegeben.Advantageous further developments of the invention are specified in the claims 2 to 13 at under.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß der chemisch nicht aktive Bleianteil nur noch an den Stellen eingesetzt ist, wo er zwingend zur Stromleitung notwendig ist. Dabei sind die in Blei auszuführenden Leitungswege relativ kurz, woraus sich eine erhebliche Minderung des elektrischen Leitungswiderstandes ergibt. Die für den vorgeschlagenen Zellenaufbau erforderliche Dicke der Aluminium-Polplatten ermöglicht auch bei einer für Herstellung und Formstabilität noch zulässigen Mindestdicke einen so großen Leitungsquerschnitt, daß dessen Leitwiderstand vernachlässigbar klein ist. Die für die Stützstruktur eingesetzten nichtaktiven Nichtbleimassen können streng bezüglich ihrer notwendigen Funk tionseigenschaften nach kleinstmöglichem Gewichtseinsatz opti miert werden. Elektrodenplatten und Polplatten können im Durch laufverfahren hergestellt werden; der Zusammenbau ist automati sierbar.The advantage achieved by the invention is that chemically inactive lead portion only used at the points is where it is absolutely necessary for the power line. Here are the lead routes to be carried out in lead are relatively short, which results in a significant reduction in electrical line resistance results. The thickness of the required for the proposed cell structure Aluminum pole plates also allows for one for manufacture and dimensional stability still allowable minimum thickness such a large Line cross-section that its line resistance is negligible is small. The inactive ones used for the support structure Non lead weights can be strict regarding their necessary radio tion properties after the smallest possible use of weight opti be lubricated. Electrode plates and pole plates can in through running processes are produced; the assembly is automatic sizable.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigenAn embodiment is shown in the drawings and is described below. Show it

Fig. 1 Vertikalschnitt durch den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Akkuzelle. Fig. 1 vertical section through the schematic structure of a battery cell according to the invention.

Fig. 2a Das Verformungsprinzip einer Elektrodenplatte durch das Einspannen zwischen die Polplatten. Fig. 2a The principle of deformation of an electrode plate by clamping between the pole plates.

Fig. 2b und 2c Alternative Plattenprofile. FIGS. 2b and 2c alternative panel profiles.

Fig. 3a Vertikal-Längsschnitt durch die Zellgefäßstruktur einer mehrzelligen Batterie. Fig. 3a vertical longitudinal section through the cell vessel structure of a multi-cell battery.

Fig. 3b Horizontal-Längsschnitt zu Fig. 3a. Fig. 3b horizontal longitudinal section to Fig. 3a.

Fig. 4a Ansicht einer Tragplatte mit Lochbildschema. Fig. 4a view of a support plate with hole pattern.

Fig. 4b Querschnitt zu Fig. 4a. Fig. 4b cross section to Fig. 4a.

Fig. 4c Leitgitterstruktur. Fig. 4c Leitgitterstruktur.

Fig. 5 Querschnitt zu einer Weiterbildung der Elektrodenplatten. Fig. 5 cross section to a further development of the electrode plates.

Fig. 6 Querschnitt zu einer Weiterbildung der Elektrodenplatten. Fig. 6 cross section of a further development of the electrode plates.

Die Erfindung baut auf zwei wesentlichen, aus dem Stand der Tech nik bekannten Problempunkten auf: a) Struktur und Einformung der aktiven Masse mit geringstmöglichem Einsatz von nichtaktiver Mas se und größtmöglicher mechanischer Stabilität; b) die Stromleitung mit geringstmöglichem Leitungsverlust und Gewichtsaufwand.The invention builds on two essential ones from the prior art nik known problems on: a) structure and shaping of the active mass with the least possible use of inactive mas and maximum mechanical stability; b) the power line with the least possible line loss and weight.

In Fig. 1 ist der prinzipmäßige Aufbau einer erfindungsgemäßen Akkuzelle dargestellt. Die rechteckigen Elektrodenplatten 10 sind horizontal liegend mit wechselnder Polarität vertikal übereinan der gestapelt und zwischen den ebenen und parallelgestellten Pol platten (+)20 und (-)20 eingespannt. Jede positive Elektroden platte liegt mit einer Seitenkante - der Polkante - elektrisch leitend an der positiven Polplatte (+)20 an, die Parallel-Seiten kante liegt über eine Isolierleiste 30 an der nega tiven Polplatte (-)20 an; in gleicher Weise, jedoch mit entgegen gesetzter Polung , sind die negativen Elektrodenplatten eingespannt. In Fig. 1, the working principle of construction of a battery cell of the invention is illustrated. The rectangular electrode plates 10 are horizontally stacked with changing polarity vertically one above the other and clamped between the flat and parallel pole plates (+) 20 and (-) 20 . Each positive electrode plate lies with a side edge - the pole edge - electrically conductive on the positive pole plate (+) 20 , the parallel side edge lies on an insulating strip 30 on the negative pole plate (-) 20 ; in the same way, but with opposite polarity, the negative electrode plates are clamped.

Im Zeichnungsausbruch A-B sind die Anschlußzonen Elektroden platten-Polplatten mit vergrößertem Detail herausgestellt. Die einzelnen Elektrodenplatten sind in einer Vertikalschichtung aufgebaut: Für die mechanische Stabilität ist die Tragplatte 11 als unterste Lage vorgesehen; darauf ist das für die Stromleitung wirksame Leitgitter 14 aufgelegt und über diesem ist die aktive Masse 15 geschichtet. Die Tragplatte 11 weist eine säurefeste und elektrisch nichtleitende Oberfläche auf; die Löcher 12 ermög lichen einen vertikalen Elektrolytdurchfluß. Ein zweckmäßiges Lochmuster ist in Fig. 4a dargestellt. Zur Gewährleistung einer konstanten Tragfunktion muß der Werkstoff der Tragplatte 11 eine wesentlich höhere Festigkeit aufweisen als die Aktivmasse und ela stisch verformbar sein. Maßgebend ist die Drucksteifigkeit in Plat tenebene. Als geeigneter Werkstoff wird ein Glasfaser-Harzverbund vorgeschlagen. Als Alternativausführung ist vorgesehen, daß die Tragplatte aus Aluminiumblech mit einer Beschichtung aus Kunst harz, Isolierlack oder Gummi hergestellt wird. Die zu den Polplat ten 20 parallelen Seitenkanten der Tragplatten 11 werden als Polstege 13 hochgebogen, wodurch sich eine vorteilhafte Einfas sung für die Aktivmasse 15 ergibt.In the drawing breakout AB, the connection zones of electrode plates and pole plates are highlighted with enlarged detail. The individual electrode plates are built up in a vertical stratification: the support plate 11 is provided as the lowest layer for mechanical stability; the guide grid 14 effective for the power line is placed thereon and the active mass 15 is layered over it. The support plate 11 has an acid-resistant and electrically non-conductive surface; the holes 12 allow vertical electrolyte flow. An appropriate hole pattern is shown in Fig. 4a. To ensure a constant support function, the material of the support plate 11 must have a much higher strength than the active mass and ela stically deformable. The decisive factor is the pressure rigidity at the plate level. A glass fiber resin composite is proposed as a suitable material. As an alternative, it is provided that the support plate is made of aluminum sheet with a coating of synthetic resin, insulating varnish or rubber. The to the Polplat 20 parallel side edges of the support plates 11 are bent up as pole webs 13 , which results in an advantageous Einfas solution for the active composition 15 .

Das Leitgitter 14 erfüllt die Funktion der Stromleitung zwischen der Aktivmasse 15 und den Polplatten 20, es muß senkrecht zur Gitterebene elektrolytdurchlässig sein und über den Tragplatten löchern 12 die Aktivmasse stützen. Die Dicke des Leitgitters, d. h. der effektiv leitende Querschnitt wird entsprechend der Ak tivschichtdicke ausgelegt. Jeweils auf der Polkontaktseite ist am Leitgitter ein Kontaktüberstand 141 vorgesehen, welcher um den Rand des Polsteges 13 herumgebogen und zwischen Polsteg und Pol platte 20 elektrisch schließend eingeklemmt ist. Für die Leit gitterstruktur werden folgende Ausführungen vorgeschlagen:The guide grid 14 fulfills the function of the power line between the active mass 15 and the pole plates 20 , it must be permeable to electrolyte perpendicular to the grid plane and holes 12 support the active mass over the support plates. The thickness of the guide grid, ie the effectively conductive cross section, is designed according to the active layer thickness. In each case on the pole contact side, a contact protrusion 141 is provided on the guide grid, which is bent around the edge of the pole web 13 and plate 20 is clamped in an electrically closing manner between the pole web and the pole. The following designs are proposed for the guide grid structure:

a) 90 ° lead thread fabric, the ones running in the direction of the pile Threads have a larger cross-section;
b) a lead thread fabric with an acute-angled thread crossing, similar to the view in FIG. 4c, all threads running in the direction of the poles;
c) as expanded lead metal with extremely acute-angled diamond structure, Fig. 4c.

Es ist vorteilhaft, wenn der Kontaktüberstand 141 des Leitgitters zu einem zusammenhängenden Streifen verschweißt wird.It is advantageous if the contact projection 141 of the guide grid is welded into a coherent strip.

Die Aktivmasse 15 wird nach den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt.The active composition 15 is produced by the methods known from the prior art.

Es ist bekannt, daß eine galvanotechnische Verbleiung keine dichte und festhaftende Deckschicht ergibt. Erfindungsgemäß wird deshalb die Aluminium-Polplatte 20 an allen Flächenbereichen, welche elek trolytbenetzt sind, mit einer Walzbleifolie 21 belegt, deren Dicke in der Größenordnung von 0,1 mm vorgeschlagen wird. Die Rän der dieser Bleifolie sind außerhalb der Abdichtzonen verlegt und dort mit dem Aluminiumkern verklebt. Die Bleifolie muß nicht nur die Aluminiumplatte gegen den Elektrolytangriff schützen, sondern auch einen sicheren Stromleitkontakt gewährleisten, was durch die elastische Einspannung der Elektrodenplatten bewirkt wird.It is known that electroplating does not result in a dense and firmly adhering cover layer. According to the invention, the aluminum pole plate 20 is therefore coated on all surface areas which are electrolytically wetted with a lead foil 21 , the thickness of which is proposed in the order of 0.1 mm. The edges of this lead foil are laid outside the sealing zones and glued there to the aluminum core. The lead foil not only has to protect the aluminum plate against electrolyte attack, but also has to ensure a safe electrical contact, which is caused by the elastic clamping of the electrode plates.

In Fig. 2a ist das Verformungsprinzip einer Elektrodenplatte ver anschaulicht.The principle of deformation of an electrode plate is illustrated in FIG. 2a.

Der Zusammenbau erfolgt in der Weise: Zunächst wird der Stapel aus der gewünschten Anzahl von Elektrodenplatten zusammengestellt und dieser Stapel wird dann komplett zwischen die Polplatten 20 eingesetzt, deren Abstand um das Einbauspielmaß größer ist als die Sehnenlänge "s" der Elektrodenplatten (Fig. 2a); danach wer den die Polplatten um das Stauchmaß "Δs" zusammengedrückt, wo durch die Krümmung der Elektrodenplatten vergrößert wird.The assembly is carried out in the following way: First, the stack is assembled from the desired number of electrode plates and this stack is then inserted completely between the pole plates 20 , the spacing of which is greater by the installation clearance than the chord length "s" of the electrode plates ( FIG. 2a) ; then who the pole plates compressed by the compression dimension "Δs", where is increased by the curvature of the electrode plates.

Im betriebsfertigen Zustand sind die Polplatten 20 starr im Batteriegehäuse festgelegt; die federnde Verspannung der Elektro denplatten wird durch deren elastische Wölbungsverformung erreicht. Unterstützt wird die Spannwirkung noch dadurch, daß die Elektro denplatten 10 nach dem Prinzip eines quergestützten Bogenträgers aufgrund ihres Eigengewichtes eine Spreizkraft erzeugen.In the operational state, the pole plates 20 are rigidly fixed in the battery housing; the elastic tension of the electric denplatten is achieved by their elastic bulge deformation. The tensioning effect is further supported by the fact that the electric denplatten 10 generate a spreading force based on the principle of a cross-supported arch beam due to their own weight.

Jede Elektrodenplatte 10 muß für sich querverspannt sein. Dazu ist es notwendig, daß zwischen den Elektrodenplatten ein Elektro denabstand 17 vorgegeben wird, innerhalb dessen sich die Platten frei verformen können. Zum Einhalten dieses Elektrodenabstandes 17 sind jeweils nur an den nicht stromschlüssigen Polstegen 13 Iso lierleisten 30 vorgesehen, welche gleichzeitig eine Vergrößerung des Isolierabstandes zur entgegengesetzt geladenen Polplatte be wirken. Als weitere Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Isolierleisten 30 aus einem elastischen Werkstoff - z. B. Gummi - hergestellt werden, wodurch eine Verbesserung der Querfederung erreicht wird.Each electrode plate 10 must be cross-braced by itself. For this it is necessary that between the electrode plates an electric denabstand 17 is specified, within which the plates can deform freely. To comply with this electrode spacing 17 are only at the non-current-positive Polstegen 13 Iso lierleisten 30 are provided, which act simultaneously be oppositely charged to an enlargement of the Isolierabstandes pole plate. As a further embodiment it is proposed that the insulating strips 30 made of an elastic material - for. B. rubber - are produced, whereby an improvement in the transverse suspension is achieved.

Fig. 2b zeigt eine Alternativausführung für die Elektrodenplatten, wobei ein Dachprofil vorgesehen ist. FIG. 2b shows an alternative design for the electrode plates, wherein a roof profile is provided.

Fig. 2c zeigt eine weitere Alternativausführung der Elektroden platten mit einem Trogprofil. Dieses gewährleistet eine bessere Einfassung der Aktivmasse, hat jedoch den Nachteil, daß durch das Eigengewicht die Querverspannung abgebaut wird; vorbeugend muß hier eine steifere, aber auch schwerere Tragplatte 11 eingesetzt werden. Fig. 2c shows a further alternative embodiment of the electrode plates with a trough profile. This ensures better enclosure of the active compound, but has the disadvantage that the transverse stress is reduced by the dead weight; preventively, a stiffer, but also heavier support plate 11 must be used here.

Weitere Varianten für die Elektrodenplattenform ergeben sich, wenn die Profile nach Fig. 2a und Fig. 2b mit umgekehrter Krüm mung ausgeführt werden.Other variants for the electrode plate shape obtained when the profiles according to Fig. 2a and Fig 2b are executed with reversed Krüm determination..

Eine Querverspannung der Elektrodenplatten, wie sie oben beschrie ben ist, setzt voraus, daß der Boden und die Stirnwände einer Bat teriezelle flexibel verformbar sind. In den Zeichnungen Fig. 3a, 3b ist ein Ausführungsbeispiel für eine senkrecht zu den Polplatten 20 verformbare Akkuzelle dargestellt, wobei Fig. 3a einen Verti kal-Längsschnitt und Fig. 3b einen Horizontal-Längsschnitt zeigen. Die Querschnitte der Wandelemente sind gegenüber den Zellendimen sionen stark vergrößert dargestellt. Dabei ist bereits die Anord nung von mehreren in Reihe geschalteter Zellen berücksichtigt, wel che erfindungsgemäß so aufgebaut ist, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Zellen eine Polplatte 20 gleichzeitig als säuredich te Trennwand eingesetzt ist. Diese Polplatte ist beidseitig mit einer Walzbleifolie 21 belegt, wobei die auf jeder Seite strom schlüssig anliegenden Elektrodenplatten 10 entgegengesetzte Po larität haben. Der Zellenboden 41 und die Zellenstirnwände 42 sind als zusammenhängende U-förmige Zellenschale aus einem pla stisch-elastisch verformbaren und säurefesten Material hergestellt und mittels der Dichtkanten 412 und 422 in den Dichtnuten 241 und 243 an den Polplatten 20 absolut dichtschließend eingepreßt und wenn erforderlich zusätzlich verklebt. Zur Verbesserung der Stauchelastizität bei gleichzeitiger Verbesserung der Wandstabi lität sind in der Zellenschale mehrere parallel zu den Polplatten 20 verlaufende Stauchfalten 411, 421 vorgesehen. Zur Stützung der Zellenschale 41, 42 nach außen sind die Stützwände 43, 44 vor gesehen, welche in den Dichtnuten 241, 243 eingerastet sind.A transverse clamping of the electrode plates, as described above, requires that the bottom and the end walls of a battery cell are flexibly deformable. In the drawings Fig. 3a, 3b, an embodiment for a deformable perpendicular to the pole plates 20 battery cell is shown, Fig. 3a shows a vertical longitudinal section and Fig. 3b shows a horizontal longitudinal section. The cross sections of the wall elements are shown greatly enlarged compared to the cell dimensions. The arrangement of several cells connected in series is already taken into account, which is constructed according to the invention in such a way that a pole plate 20 is used simultaneously as an acid-tight partition between two adjacent cells. This pole plate is covered on both sides with a lead foil 21 , the electrode plates 10 which are present in a form-fitting manner on each side having opposite polarity. The cell bottom 41 and the cell end walls 42 are made as a coherent U-shaped cell shell from a plastic, elastically deformable, plastic material, and are pressed in tightly by means of the sealing edges 412 and 422 in the sealing grooves 241 and 243 on the pole plates 20 and additionally glued if necessary . To improve the compression elasticity while improving the wall stability, several compression folds 411 , 421 running parallel to the pole plates 20 are provided in the cell shell. To support the cell shell 41 , 42 to the outside, the support walls 43 , 44 are seen before, which are engaged in the sealing grooves 241 , 243 .

Diese Stützplatten bestehen aus einem elektrisch nichtleitenden Material; bei Verwendung eines metallischen Werkstoffes muß an der Dichtnut eine Isolierzwischenlage eingesetzt werden. Es ist bezüglich der Gehäusesteifigkeit vorteilhaft, wenn die Bodenstütz platte 43 mit den Stirnstützplatten 44 als einteilige Stütz schale hergestellt sind. In den Zeichnungen Fig. 3a, 3b ist die Position der Stützplattenkanten in den Dichtnuten für den fertig verspannten Zustand gezeichnet. Vor dem Verspannen haben die Stütz platten 43, 44 in den Dichtnuten 241, 243 entsprechend dem notwen digen Verformungsweg seitliches Spiel.These support plates are made of an electrically non-conductive material; when using a metallic material, an insulating intermediate layer must be used on the sealing groove. It is advantageous with regard to the housing rigidity if the bottom support plate 43 with the end support plates 44 are made as a one-piece support shell. In the drawings Fig. 3a, 3b, the position of the support plate edges in the sealing grooves is drawn for the fully clamped state. Before bracing, the support plates 43 , 44 in the sealing grooves 241 , 243 according to the necessary deformation path lateral play.

Zur Vergrößerung der nach außen wirksamen Stützflächen der Dicht nuten 241, 243 sind an den Boden- und Seitenkanten der Polplatten 20 verbreiterte Anschlagstege 242, 244 vorgesehen. Die Außenflächen dieser Anschlagstege sind mit Deckleisten 246, 247 gegen uner wünschte Stromschlußkontakte abgedeckt.To enlarge the outwardly effective support surfaces of the sealing grooves 241 , 243 20 widened stop webs 242 , 244 are provided on the bottom and side edges of the pole plates. The outer surfaces of these stop bars are covered with cover strips 246 , 247 against undesired power contacts.

Die Ränder des Bleifolienbelages 21 sind in die Dichtnuten 241, 243, 245 verlegt und dort mit der Polplatte 20 verklebt. Die Deckeldichtnut 245 ist an der Polplatte 20 so hoch angeordnet, daß sie im Komplettzustand von den Dichtflächen des Zellendeckels 50 überdeckt wird. Dadurch wird erreicht, daß alle Fügekanten Aluminium / Blei hermetisch verschlossen sind und im Komplettzu stand außerhalb des Batteriegehäuses keine Bleiteile vorliegen. Der außerhalb der Deckeldichtnut 245 liegende Teil der Polplatten 20 weist glatte Seitenflächen auf und erfüllt die Funktion einer Polklemmenleiste 25.The edges of the lead foil covering 21 are laid in the sealing grooves 241 , 243 , 245 and glued there to the pole plate 20 . The cover sealing groove 245 is arranged on the pole plate 20 so high that in the complete state it is covered by the sealing surfaces of the cell cover 50 . This ensures that all joining edges of aluminum / lead are hermetically sealed and there are no lead parts in the complete stand outside the battery housing. The part of the pole plates 20 lying outside the cover sealing groove 245 has smooth side surfaces and fulfills the function of a pole terminal strip 25 .

Im dargestellten Beispiel Fig. 3a, 3b sind auch die äußeren Zel lenwände - es ist nur die linke in den Zeichnungen dargestellt - aus Gründen der Teilevereinheitlichung mit den gleichen Polplat ten 20 gebildet wie die inneren Zellenwände.In the example shown Fig. 3a, 3b, the outer cell walls - only the left one is shown in the drawings - for reasons of standardization of parts with the same Polplat th 20 as the inner cell walls.

Die biegesteifen Jochplatten 60 übertragen die Spannkraft über eine druckweiche Isolierzwischenlage 61 gleichmäßig auf die äußeren Polplatten. Die gegenüberliegenden Jochplatten 60 werden symmetrisch durch die zugstarren Spannwände 62 auf einen vorgege benen Abstand verspannt. Die Spannwände 62 sind über einen Haken falz 63 formschlüssig an den Jochplatten 60 eingehängt.The rigid yoke plates 60 evenly transmit the clamping force to the outer pole plates via a pressure-soft insulating intermediate layer 61 . The opposite yoke plates 60 are braced symmetrically by the tension-rigid clamping walls 62 to a pre-specified distance. The clamping walls 62 are positively suspended on the yoke plates 60 via a hook fold 63 .

Es wird folgender Montageablauf vorgeschlagen: Die Batterie-Zel lenreihe ist aus den Polplatten 20, den Zellenschalen 41, 42 und den Stützplatten 43, 44 vorkomplettiert und zusammen mit den Joch platten 60, 61 in eine Stauchvorrichtung eingesetzt; dann werden in die Zellen die Elektrodenplattenstapel eingesetzt. Die Zellen reihe wird mittels der Stauchvorrichtung auf die vorausberechnete Endlänge zusammengedrückt und - noch in der Vorrichtung - die Spannwände 62, welche nach der Endlänge bemessen sind, von oben in die Hakenfalze 63 eingeschoben. Alternativ wird vorgeschlagen, die Spannwände 62 mittels Bolzen oder Niete mit den Jochplatten 60 zu verbinden. Die Batterie ist damit formstabil und kann aus der Stauchvorrichtung genommen werden. Danach werden die Zellen deckel 50 eingesetzt. Diese liegen auf den Zellenschalen 42 auf und sind längs ihres Umfanges mittels einer Dichtmasse in bekann ter Weise gegen Elektrolytaustritt abgedichtet. Die Zellendeckel enthalten die nach dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen wie Elektrolyt-Einfüllstutzen, Ladekontrollanzeige, Anschlüsse für Elektrolytumwälzung.The following assembly procedure is proposed: The battery cell row is pre-assembled from the pole plates 20 , the cell shells 41 , 42 and the support plates 43 , 44 and used together with the yoke plates 60 , 61 in an upsetting device; then the electrode plate stacks are inserted into the cells. The cell row is compressed to the pre-calculated final length by means of the upsetting device and - still in the device - the clamping walls 62 , which are dimensioned according to the final length, are pushed into the hook fold 63 from above. Alternatively, it is proposed to connect the tensioning walls 62 to the yoke plates 60 by means of bolts or rivets. The battery is thus dimensionally stable and can be removed from the compression device. Then the cells cover 50 are used. These rest on the cell shells 42 and are sealed along their circumference by means of a sealing compound in known manner against electrolyte leakage. The cell covers contain the devices known from the prior art, such as electrolyte filler neck, charge control display, connections for electrolyte circulation.

Zwischen der obersten Elektrodenplatte und dem Zellendeckel 50 ist ein Schottdeckel 51 angeordnet, welcher zweckmäßig am Zellen deckel befestigt wird, Fig. 1. Dieser verhindert ein Ausschwemmen der Aktivmasse aus der obersten Elektrodenplatte beim Elektrolyt einfüllen und bei starken Wellenschlägen des Elektrolyten.A bulkhead cover 51 is arranged between the uppermost electrode plate and the cell cover 50 , which is expediently attached to the cell cover, FIG. 1. This prevents the active composition from being flushed out of the uppermost electrode plate when the electrolyte is filled in and in the event of strong waves of the electrolyte.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Polplatten 20 vertikal verlaufende Durchströmnuten 23 enthalten, welche vor den Dichtnuten 241, 245 in die Plattenebene auslaufen. Der Bleifolienbelag 21 ist in diesen Nuten mit der Aluminiumplat te verklebt. Diese Durchströmnuten ermöglichen einen vertikalen Elektrolytdurchfluß.As a further embodiment of the invention, it is provided that the pole plates 20 contain vertical throughflow grooves 23 which run into the plate plane in front of the sealing grooves 241 , 245 . The lead foil covering 21 is glued in these grooves to the aluminum plate. These flow grooves allow vertical electrolyte flow.

Eine andere Ausgestaltung betrifft Einrichtungen für den Gasabzug. Dazu ist nach Zeichnung Fig. 4a, 4b vorgeschlagen, in den Elektro denplatten längs der höchsten Wölbungszone in größeren Abständen vorteilhaft kreisrunde Gasöffnungen 112 so anzuordnen, daß ein vertikal durch den gesamten Plattenstapel durchgehender Gaskanal gebildet wird. Zur Fixierung der Aktivmasse wird in der Tragplatte 11 der Lochrand hochgebördelt.Another embodiment relates to devices for gas extraction. For this purpose, it is proposed according to the drawing Fig. 4a, 4b, in the Elektro denplatten along the highest curvature zone at larger intervals advantageously circular gas openings 112 so that a vertical through the entire stack of plates gas channel is formed. To fix the active material, the edge of the hole is flanged up in the support plate 11 .

Eine Alternativausführung für die Elektrodenplatten zeigt Fig. 5. Dabei ist der Polsteg 13 zur Tragplattenebene um einen Winkel gleich oder größer 90° hochgebogen. Die Isolierleiste 31 ist Z-förmig ausgebildet, wobei die Spaltschenkel 311, 312 den Elek trodenspalt 17 einstellen. Prinzipiell weisen die Spaltschenkel 311, 312 , aber auch die der Isolierleisten 30, Fig. 1, im Bereich der Durchströmnuten 23 Aussparungen auf, so daß der Elektrolyt aus den Durchströmnuten quer in die Elektrodenspalte 17 durch strömen kann.An alternative embodiment for the electrode plates is shown in FIG. 5. The pole web 13 is bent up to the support plate plane by an angle equal to or greater than 90 °. The insulating strip 31 is Z-shaped, the gap legs 311 , 312 set the electrode gap 17 . In principle, the gap legs 311 , 312 , but also those of the insulating strips 30 , FIG. 1, have recesses in the area of the flow-through grooves 23 , so that the electrolyte can flow transversely into the electrode gaps 17 through the flow-through grooves.

Zur Fixierung der Aktivmasse 15 an den Plattenstirnseiten werden folgende Ausführungen vorgeschlagen:The following designs are proposed for fixing the active composition 15 to the end faces of the plates:

a) the support plate 11 is bent up on the end face to form an interrupted, flexible face board 113 , FIG. 4a;
b) it is a front bulge made of a flexible material, e.g. B. Rubber or soft synthetic resin, placed on the support plate;
c) the face of the active mass runs out at an angle to the support plate and is fixed with an adhesive film.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung betrifft die Fixierung und Oberflächenverspannung der Aktivmassenoberfläche. Dazu ist vorgesehen, daß in den Elektrodenspalt 17 ein Vlies aus elasti schen Fasern eingelegt wird, welches aber so druckelastisch ist, daß die freie Plattenverformung nicht behindert wird.Another development of the invention relates to the fixation and surface bracing of the active mass surface. For this purpose, it is provided that a nonwoven fabric is inserted from elasti rule fibers in the electrode gap 17, which is pressure-elastic, however, that the free plate deformation is not hindered.

Eine Weiterbildung der Elektrodenplatten als geschlossene Platte zeigt Fig. 6. Dabei wird die Masseoberfläche durch ein äußeres Deckleitgitter 16 überspannt, welches mit einem Überstand 161 auf der Kontaktseite zusammen mit dem inneren Kontaktüberstand 141 des inneren Leitgitters 14 an der Polplatte eingeklemmt ist. Damit wird die Wirkung angestrebt, daß durch die beim Querverspan nen der Elektrodenplatten verursachte Krümmungsvergrößerung die Aktivmasse radial gepreßt wird. Das doppelte Leitgitter ermöglicht auch eine größere Dicke der Aktivmasse.A development of the electrode plates as a closed plate is shown in FIG. 6. The ground surface is spanned by an outer cover guide 16 , which is clamped to the pole plate with a protrusion 161 on the contact side together with the inner contact protrusion 141 of the inner guide grid 14 . This is aimed at the effect that the active mass is radially pressed by the curvature enlargement caused by transverse clamping of the electrode plates. The double baffle also allows the active mass to be thicker.

Eine andere Weiterbildung des Elektrodenaufbaues sieht vor, daß anstelle des Masseschwammes viele gitterförmige Folienschichten aus aktivem Material - anformierte Blei-Streckmetall-Folien oder Bleifadengewebe - auf der Tragplatte 11 aufgelegt sind, wobei wenigstens die innerste und die äußerste Lage einen Kontaktüber stand aufweisen, welcher in der bekannten Weise - Fig. 6 - an der Polplatte eingeklemmt ist.Another development of the electrode structure provides that instead of the mass sponge, many lattice-shaped film layers made of active material - molded lead-expanded metal foils or lead thread mesh - are placed on the support plate 11 , with at least the innermost and outermost layer having a contact over which in the known way - Fig. 6 - is clamped on the pole plate.

Eine auf einen anderen Anwendungsfall bezogene Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die nach dem Stand der Technik bekannten Reaktionsverfahren auf der Basis : Eisen-Nickel oder Eisen-Kadmium mit den erfindungsgemäßen Mitteln des Zellenaufbaues und der Elek trodenanordnung kombiniert werden.A further training of the related to another application Invention provides that those known in the prior art Reaction process based on: iron-nickel or iron-cadmium with the inventive cell structure and elec trode arrangement can be combined.

Claims

1.Electrochemical energy storage, cell structure and electrode arrangement, in particular for lead batteries, where electrode plates with alternating polarity are stacked vertically and non-active, only for the current conduction parts made of aluminum with a lead coating are used, electrode plates with opposite polarity lengthways their edges are electrically conductive, but are electrolyte-tight, and the reaction mass consists of fine-pored lead sponge, characterized by the features:

a) there are rectangular electrode plates ( 10 ) horizontally stacked with alternating polarity vertically and elastically clamped between two parallel, flat pole plates ( 20 ) such that one long side of an electrode plate is electrically conductive on a pole plate and the other parallel longitudinal side rests electrically insulated on the opposite pole plate ( Fig. 1);
b) each electrode plate ( 10 ) is clamped independently of the other ela tically between the pole plates ( 20 ), the tension elasticity being generated by the fact that the electrode plates have a curvature parallel to the plane of the pole plates;
c) each electrode plate is composed of an electrically non-conductive support plate ( 11 ) with a narrow hole pattern ( 12 ), a narrow-meshed guide grid ( 14 ) made of lead, which rests on the support plate, and of the active composition ( 15 ) above it;
d) each support plate ( 11 ) has on its pole sides for enclosing the active mass pole webs ( 13 ) and the line connection to the pole plate ( 20 ) is made in that the guide grill ( 14 ) with an overhang ( 141 ) around the outer edge of the pole web bent around and clamped between the pole web ( 13 ) and pole plate ( 20 );
e) the pole plates ( 20 ) are made of aluminum and covered with a lead foil ( 21 ) on all electrolyte-wetted surface areas;
f) the boundary walls of a single cell are composed of two identical pole plates ( 20 ) with opposite polarity as transverse walls and of a U-shaped cell shell ( 41 , 42 ), the cell shell being made of a plastic-elastic, non-conductive material and connected to the pole plates ( 20 ) is hermetically sealed ( Fig. 3a, Fig. 3b);
g) to stabilize the cell shell ( 41 , 42 ) on the outer side support walls ( 43 , 44 ) are provided, which are positively locked on the pole plates ( 20 );
h) for a battery consisting of several cells connected in series, a pole plate ( 20 ) is used as the electrolyte-tight partition between two cells, which is made of aluminum and is covered on both sides with a lead foil, the positive side of the pole plate and the one side on the other side, the negative electrode plates ( 10 ) bear in a conductive manner (FIGS . 3a; 3b);
i) for the simultaneous bracing of the electrode plates ( 10 ) connected in series, a rigid yoke plate ( 60 ) with an insulating and pressure-elastic intermediate layer ( 61 ) is provided on each of the two outer pole plates ( 20 ) and the two yoke plates are symmetrically suspended by a positive fit Span walls ( 62 ) connected.

2. Electrochemical energy store according to claim 1, characterized in that on the non-conductive pole web ( 13 ) of the elec trode plate ( 10 ) an insulating strip ( 30 ) is interposed, which has formations for fixing the electrode spacing and is made of an elastic material ( Fig . 1; Fig 5)..

3. Electrochemical energy store according to claim 1 and 2, characterized in that the support plates ( 11 ) of the electrode plates are made of aluminum sheet and are coated with an acid-resistant and insulating coating.

4. Electrochemical energy store according to claim 1 to 3, characterized in that gas openings ( 112 ) are provided in the uppermost curvature zone of the electrode plates at a distance of about half a plate width, the recess in the support plate ( 11 ) having a flanged edge ( Fig. 4a ; 4b).

5. Electrochemical energy store according to claim 1 to 4, characterized in that the guide grid ( 14 ) of the electrode plates have an acute-angled diamond structure with a preferred direction to the pole plates ( 20 ) and are made as a lead thread fabric ( Fig. 4c).

6. Electrochemical energy store according to claim 1 to 5, characterized in that between the electrode plates ( 10 ) a nonwoven material made of elastic fibers is inserted for the purpose of bracing the active composition ( 15 ).

7. Electrochemical energy store according to claim 1 to 6, characterized in that for the purpose of stabilizing and tensioning the active composition ( 15 ) on the surface of which a cover grid ( 16 ) is placed ( Fig. 6).

8. Electrochemical energy store according to claim 1 to 7, characterized in that the pole plates ( 20 ) have vertically duri fende flow grooves ( 23 ) and that the lead foil covering ( 21 ) is glued in these grooves to the aluminum core.

9. Electrochemical energy store according to claim 1 to 8, characterized in that sealing grooves ( 241 , 243 , 245 ) are provided on the circumference of the pole plates ( 20 ), the edges of the lead foil covering ( 21 ) being placed in these sealing grooves and there with the Aluminum core are glued and that the sealing edges ( 412 , 422 ) of the cell shell ( 41 , 42 ) are pressed into these sealing grooves and hermetically sealed to the pole plate ( 20 ), ( Fig. 3a; 3b).

10. Electrochemical energy store according to claim 1 to 9, characterized in that the bottom and side edges of the pole plates ( 20 ) have widened stop webs ( 242 , 244 ), which are covered on the outside with cover strips ( 246 , 247 ) to prevent mass closure are ( Fig. 3a; 3b).

11. Electrochemical energy store according to claims 1 to 10, characterized in that the cell shell ( 41 , 42 ) has compression folds ( 411 , 421 ) running parallel to the pole plate plane.

12. Electrochemical energy store according to claim 1 to 11, characterized in that the support walls ( 43 , 44 ) made of metal and coated on all sides with an insulating material.

13. Electrochemical energy store according to claim 1 to 12, characterized in that many lattice-shaped film layers are placed on the support plate ( 11 ) as an active composition, with at least one film layer on the pole contact side having an over which is bent around the support plate edge and conductive the pole plate ( 20 ) rests.