DE68927058T2

DE68927058T2 - Gitter für bleiakkumulatoren

Info

Publication number: DE68927058T2
Application number: DE68927058T
Authority: DE
Inventors: William Cordes; Gordon Mixon; Thomas Walker
Original assignee: Mixon Inc
Current assignee: Mixon Inc
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2009-11-10
Also published as: WO1990006001A1; EP0441901A4; JPH04504482A; DE68927058D1; EP0441901B1; EP0441901A1; ATE142051T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung - Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Bleisäurespeicherzellen und Batterien und insbesondere auf verbesserte Gitter fur Bleisäurespeicherzellen und Batterien, welche erhöhte und abgesenkte Erhebungen verwenden, welche Erhebungen in Bezug auf die durch das Gitter geformte Mittelebene vorhanden sind, wobei wahlweise Schlitze durch das Gitter und zwischen den erhöhten und abgesenkten Erhebungen definiert sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf das Verfahren zur Verbindung von gängigen Zellgittern positiver oder negativer Polarität innerhalb einer Zelle und ihrer anschließenden Verbindung mit nachgeschalteten Zellgliedern innerhalb der inneren Struktur der Batterie.
2. Beschreibung des Standes der Technik - Eine typische Bleisäuresekundärbatterie hat ein inertes Gehäuse, welches mehrere in Reihe geschaltete Zellen enthält und einen Schwefelsäureelektrolyten verwendet. Jede Zelle ist aus positiven und negativen Platten aufgebaut, welche derart überlappt sind, daß die positiven und negativen Platten abwechseln. Elektrisch nicht leitende Separatoren oft mikroporöser Natur sind zwischen Platten angeordnet, um die positiven und negativen Platten voneinander elektrisch zu isolieren, während sie den freien Durchlaß des Elektrolyts erlauben.
Jede Platte weist ein elektrisch leitendes Metallgitter auf, welches in der Regel aus Blei oder einer Bleilegierung hergestellt ist und mit einer Lage Paste aus "bleiartigem Oxid" bedeckt ist. Die Paste ist typischerweise aus einer Kombination von Bleioxyd, Bleisulfat, Schwefelsäure, Wasser und anderen gebräuchlich verwendeten Zusätzen, die bei der Herstellung von chemisch aktiven Bleisäurespeicherbatterien verwendet werden, hergestellt. Nachdem die Batteriegitter mit einem solchen Material bestrichen sind, werden die Gitter in einen Elektrolyten aus verdünnter Schwefelsäure eingetaucht und es wird ein Gleichstrom an die Platten angelegt. Das Anlegen des Stroms an die Platte führt dazu, daß die mit der positiven Klemme der Stromquelle verbundene Platte aus bleiartigem Oxid auf den Platten im wesentlichen zu Bleidioxid transformiert wird, während die mit dem negativen Anschluß der Stromquelle verbundene Paste auf den Platten im wesentlichen zu Schwammblei transformiert wird. Dieser Prozeß wird in der Fachsprache als "Forming" (Formieren) bezeichnet. Die resultierenden Bleidioxid- und Schwammbleimaterialien werden als "aktive Materialien" der Batterie bezeichnet. Ein Batteriegitter bezeichnet man, nachdem es mit Paste bestrichen wurde, als Batterieplatte.
Wie oben angedeutet, ist Bleidioxid das chemisch aktive Material der positiven Platten und Schwammblei ist das aktive Material der negativen Platten. Beide aktiven Materialien zusammen mit dem Schwefelsäureelektrolyten, reagieren miteinander, um Bleisulfat zu bilden und einen elektrischen Strom zu erzeugen, wenn ein elektrischer Stromkreis zwischen positiven und negativen Anschlüssen hergestellt wird.
Konventionelle Gitter werden vollständig aus Blei oder Bleilegierungen hergestellt. Sie sind dadurch charakterisiert, daß sie einen grobmaschigen oder gitterähnlichen Bereich zum Aufnehmen der aktiven Pastenmaterialien, einen umlaufenden Rahmen einschließlich einer oberen Schiene zum Sammeln des in der Platte entstandenen Stroms und eine Anschlußöse oder - lasche haben, welche entweder integral oder später angebracht ist, um Platten gleicher Polarität innerhalb einer Zelle miteinander zu verbinden.
Blei ist das bevorzugte Gittermaterial, da es in der Batterieumgebung korrosionsresistent ist, es einfach ist, eine gewünschte Gitterform herzustellen, und es ein relativ guter elektrischer Leiter ist. In anderen bisherigen Gittern ist jedoch reines Blei so weich, daß es mit härtenden Elementen wie z.B. Antimon oder Calcium legiert werden muß, um ein selbsttragendes Gitter zu bilden, welches stabil genug ist, den derzeit typischen mechanischen Operationen des Gitterbestreichens und des Zellzusammenbaus standzuhalten. Legierungsmaterialien in Blei erhöhen die Batteriefertigungskosten, und die härtenden Elemente in legiertem Blei können die Batterielebensdauer oder -funktion beeinflussen. Um die Anforderungen an die Festigkeit zu erfüllen, wird eine beträchtliche Menge Bleimaterial für jedes Gitter benötigt. Daher sind gängige, vollständig aus Blei gefertigte Batteriegitter relativ teuer und tragen wesentlich zum Batteriegewicht bei.
Ein früherer Versuch, ein relativ leichtgewichtiges Gitter zu schaffen, verwendete ein zusammengesetztes Gitter aus Kunststoffen, in das Drahtlitze eingebettet waren. US-Patent 3,956,012 von Scholle zeigt ein solches Gitter. Derartige Gitter leiden jedoch, obwohl sie leicht an Gewicht sind, an Beschränkungen des Stromeinzugsgebietes und des Stromleitvermögens.
Ein anderes zusammengesetztes Gitter wurde dadurch hergestellt, daß zuerst eine Kunststoffgittergestalt geformt und danach eine Oberfläche mit einer Schicht Blei überzogen wurde. US-Patent 4,221,854 von Hammar et al. veranschaulicht ein Gitter aus einer Kunststoff/Blei-Zusammensetzung, in welchem eine dünne durchgehende Schicht aus Blei oder ein dünnes Blech aus Bleilegierung flächendeckend und klebend mit einer dickeren Lage aus Kunststoff verbunden wird. Dieses Gitter erfordert jedoch einige Herstellungsschritte, um die Kunststoffträgerschicht mit der flächendeckenden Schicht des Bleiblechs zu verbinden.
Daher gibt es einen Bedarf an aus reinem oder im wesentlichen reinem Blei hergestellten Batteriegitter mit reduziertem Gewicht, welches nicht die Notwendigkeit der Einführung anderer Materialien oder Elemente erfordert, einfach herzustellen ist und in der Lage ist, sowohl dem Prozeß der Präparation der Batterieplatten als auch den Widrigkeiten der Batterieverwendung auf diesem Gebiet standzuhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung liefert ein relativ einfaches, leichtes, einfach herzustellendes, elektrochemisch starkes Batteriegitter. Ein nach den Prinzipien der Erfindung hergestelltes Gitter sieht in Bezug auf die durch das Gitter gebildete Mittelebene erhöhten und abgesenkten Bereiche, welche der Stromführung dienen und eine größerer Gitterflächeoberflächenbereich zur Verfügung stellen, auf die bleiartige Paste aufgetragen werden kann. Löcher, gefdrmt zwischen den erhöhten und abgesenkten Bereichen, sind wahlweise durch das Gitter hindurch definiert. Durch diese Löcher verbindet sich die bleiartige Paste mit der auf der anderen Seite des Gitters aufgebrachten bleiartigen Paste und schafft daher eine starke Verbindung zwischen der bleiartigen Paste und dem Gittermetall. Vorzugsweise sind die erhöhten und abgesenkten Erhebungen in Reihen angeordnet. Mit den Reihen erhöhter und abgesenkter Bereiche wechseln sich neutrale Reihen (oder Bereiche) ab, welche als Stromleiter zu der Gitterlasche bzw. dem Gitterlappen wirken.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Lasche bzw. den Lappen, welche bzw. welcher integral zum Gitter gehört und welche bzw. welcher für die Beseitigung des Prozesses sorgt, durch den zusätzliches Material (das "obere Blei") auf die Ösen angebracht wird (durch Hand-Brennen, Auf-Schmelzen etc.), um die Zellanschlüsse und -Verbindungen zu bilden. Die Lasche kann zur Verbindung mit anderen Platten gleicher Polarität in der Zelle gebogen und mit angrenzenden Zellen verbunden sein durch Schweißen durch eine Zellteilungstafel oder andere bekannte Befestigungsprozesse.
Die resultierende Matrix von erhöhten, abgesenkten und neutralen Bereichen des Gitters gibt dem verwendeten Blei oder der Bleilegierung eine derartige strukturelle Stabilität, daß ein Bleiblech oder eine Bleifolie verwendet werden kann, welche in der Lage ist, den Widrigkeiten der Fabrikation und des Gebrauchs standzuhalten.
Ein anderes Merkmal eines nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruierten Gitters ist, daß die Löcher ohne das Erzeugen von Abfall durch es hindurchgeformt werden können. Dieses wird erreicht durch ein Plazieren der Löcher direkt zwischen angrenzenden erhöhten und abgesenkten Erhebungsbereichen, wobei das Loch ungefähr normal zu der durch das Blech gebildeten Mittelebene ausgerichtet ist.
Ein anderes Merkmal des Gitters ist, daß es unter Verwendung eines kalten Prozesses gebildet wird, anstelle eines heißen Prozesses, wie eines solchen, bei dem Blei geschmolzen und gegossen wird.
Ein anderes Merkmal des Gitters ist, daß es eine relativ breite Lasche aufweisen kann, welche mit einer oder mehreren Schweißnähten mit einer angrenzenden Zelle verbunden sein kann.
Daher ist entsprechend einem Merkmal der Erfindung ein Batteriegitter vorgesehen mit (a) einem dünnen Metallblech, wobei das Blech in der Regel eine Ebene bildet, das Blech eine Matrix erhöhter und abgesenkter Bereiche hat, die erhöhten und abgesenkten Bereiche Reihen bilden, die Reihen mit ungestörten Bereichen abwechseln; und (b) einer stromführenden Lasche, bzw. einem stromführenden Lappen, welche bzw. welcher an dem Blech befestigt ist.
Ein anderer signifikanter Gesichtspunkt und Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Batterie von Zellen, welche Laschen bzw. Lappen umfassen, welche sich von Gittern gleicher Polarität in einer Zelle ausdehnen und die mit den Interzellverbindungsstrukturen, welche an Interzellverbindungsstrukturen benachbarter Zellen angebracht sind, verbunden sind, um eine verbesserte Bleisäurebatterie mit Hilfe neuer Gitter zu bilden.
Während die Erfindung im Hinblick auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wird, ist davon auszugehen, daß die Erfindung nicht in irgendeiner Weise als beschränkend aufgefaßt wird, weder durch eine hierin beschriebene Ausführungsform noch durch die Materialien. Diese und andere Variationen der Erfindung werden den Fachleuten auf eine detailliertere Beschreibung der Erfindung hin deutlich.
Vorteile und Merkmale, welche die Erfindung charakterisieren, sind in den angefügten Ansprüchen definiert. Jedoch soll für ein besseres Verständnis der Erfindung, der auf die durch deren Verwendung erreichten Vorteile und der Zielsetzungen auf die Zeichnungen Bezug genommen werden, die einen weiteren Teil hiervon bilden, und auf die begleitende Beschreibung, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung illustriert und beschrieben ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es werden nun durch Beispiele und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen Batteriegitter und Batterien beschrieben, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Batteriegitters, aufgebaut nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Gitters von Fig. 1 entlang der Linie 2-2 von Fig. 3;
Fig. 3 ist eine Unteransicht des Gitters von Fig. 1 entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Perspektivansicht eines Teils des Gitters von Fig. 1;
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht eines Gitters von Fig. 1, wobei die Lasche bzw. der Lappen mit einem zweiten Gitter verbunden ist;
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht einer Batterie mit weggebrochenen Teilen, welche Gitter von Fig. 1 beinhaltet, die nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut wurden;
Fig. 7 ist eine alternative Ausführungsform des Batterie gitters;
Fig. 8 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Batterie;
Fig. 9 ist eine Draufsicht der Batterie;
Fig. 10 ist eine vergrößerte Seitenansicht entlang der Linie 10-10 von Fig. 9;
Fig. 11 veranschaulicht den inneren Anschlußstab; und
Fig. 12 veranschaulicht einen fertigen Anschluß.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung treffen besonders gut auf ihre Anwendung bei einer Batterie und/oder einem Bleisäurezellgitter, im weiteren aus Gründen der Einfachheit als Gitter 50 bezeichnet, zu.
Ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform eines Gitters 50, welches nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, ist in Fig. 1 veranschaulicht. Um ein derartiges Gitter 50 zu konstruieren, kann ein Satz sich gegenläufig drehender Walzen, welche jeweils "getriebeartige" Zähne um ihre Umfangsfläche tragen, um ein "unterbrochenes, wellenförmiges" Muster zu vermitteln, wie bei einem Gitter 50 erreicht, vorzugsweise benutzt werden. Fachleute werden erkennen, daß der Herstellungsprozeß und -apparat zum Konstruieren von Gitter 50 Designerwägungen unterworfen sein kann, wie aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden wird.
Mit Bezug auf Fig. 1 wird ein Gitter 50 veranschaulicht mit einer vorbestimmten abgegrenzten Musterung von erhöhten 51, abgesenkten 52 und neutralen 53 Bereichen, wobei die Ausdrücke "erhöht", "abgesenkt" und "neutral" relativ zu der durch das Gitter 50 gebildeten Mittelebene sind. Man kann daher davon ausgehen, daß die Mittelebene des Gitters 50 eine X-Y Ebene bildet. Neutrale Bereiche 53 lägen ungefähr in dieser X-Y Ebene. Erhöhte Bereiche 51 lägen oberhalb dieser X-Y Ebene und hätten eine positive Z-Koordinate (z. B. in einem kartesischen System X, Y, Z), während abegesenkte Bereiche 52 unterhalb der X-Y Ebene lägen und eine negative Z-Koordinate hätten.
Vorzugsweise bilden die erhöhten Bereiche 51 und abgesenkten Bereich 52 Reihen, welche von nahe der Unterkante 55 des Gitters 50 bis nahe zur Oberkante 56 des Gitters 50 verlaufen.
Zwischen den Reihen von erhöhten 51 und abgesenkten 52 Bereichen verläuft ein Bereich, eine Region oder eine Reihe, welche im wesentlichen neutral in der Erhebung mit Bezug auf die durch das Gitter 50 definierten Mittelebene ist. Diese neutralen Reihen 53 bilden einen Strompfad, welcher transversal zu der Oberkante 56 und Unterkante 55 des Batteriegitters so ist. Daher verlaufen transversal zu der Oberkante überlappende Reihen von wechselweise erhöhten 51 und abgesenkten 52 Bereichen (mit selektiv darin geformten Schlitzen) und neutrale Reihen 53.
Wie erwähnt, dienen diese neutralen Reihen 53 der Funktion als Strompfade in dem Batteriegitter zu wirken, während die erhöhten 51 und abgesenkten 52 Bereiche ein größeres Oberflächengebiet darstellen und ein Gebiet näher an dem elektrochemischen Prozeß, um den Strom zu sammeln. Es wird von den Fachleuten anerkannt werden, daß die Breite der neutralen Reihen 53 leicht wegen Stromführungsüberlegungen und Steifigkeit des Gitters 50 angepaßt werden kann. Die Tiefe der erhöhten 51 und abgesenkten 52 Bereiche kann durch Anpassen der Höhe der von der Walze getragenen Zähne angepaßt werden. Diese Tiefe beeinflußt auch die Steifigkeit der Struktur des Gitters 50.
Definiert durch die Schnittkanten der erhöhten 51 und abgesenkten 52 Bereiche des Gitters 50 sind Spalten 60. Die Spalten 60 bieten ein Mittel, um faserartige Bindemittel, die der Paste hinzugefügt sind, mit der Paste auf der anderen Seite des Gitters 50 zu verbinden. Dieses Verbinden zwischen der Paste auf den zwei Seiten des Gitters 50 bietet eine stabilere bestrichene Platte, um Blasenbildung und ein Ablösen während der Nutzungsdauer zu vermeiden. Eine Paste für Gitter besteht typischerweise aus 55 - 85 Gew.-% Bleioxid und 45 - 15 Gew.-% metallenem Blei. Das Bestreichen wird hier nicht weiter beschrieben, da es keinen Teil der vorliegenden Erfindung an sich darstellt und im Stand der Technik bekannt ist.
Die erhöhten 51 und abgesenkten 52 Erhebungen bilden desweiteren einen "konkaven" Bereich (in Draufsicht), in welcher Paste aufgenommen ist, um so die Adhesion der Paste zu dem Gitter 50 weiter zu erhöhen.
Das Gitter 50 besteht aus einem Blei oder einer Bleilegierung und damit wirkt das ganze Gitter als ein Leiter für Lasche 70. Die Vorteile des Verwendens eines Gitters 70 aus reinem Blei ist der niedrige spezifische Widerstand dieses Metalls. Andere konventionelle Gitter verwenden Additive, welche typischerweise den Widerstand erhöhen und den Aufwand erniedrigen. Daher können hohe Stromdichten und schnelle Entladung durch Verwendung eines Gitters 50 erreicht werden.
Wie oben erläutert, kann das Gitter 50 als eine Matrix von Erhebungen und neutralen Bereichen in Bezug auf die durch das Gitter 50 gebildete Mittelebene angesehen werden. Die Matrix bezieht sich nicht auf zwei Dimensionen, sondern vielmehr auf eine Art topographische Matrix/Gruppe von Punkten von Gitter 50. Die Matrix kann als ein Gitter (G) folgendermaßen definiert werden, wobei anm Werte korrespondierend zu Erhebungen auf, über und unter (senkrecht zu der Mittelebene) der durch das Gitter 50 gebildeten Mittelebene darstellen: Tabelle 1
Wenn die folgenden Werte wie angegeben definiert werden:
0 = neutral (d.h. bei einer Erhebung, die der Mittelebene des Gitters entspricht);
+1 = erhöht zu einer Erhebung oberhalb der Ebene; und
-1 = abgesenkt zu einer Erhebung unterhalb der Ebene;
dann kann die Rohmatrix von Erhebungen von Gitter 50 folgendermaßen ausgedrückt werden: Tabelle 2
worin der Bereich zwischen +1 und -1 selektiv geschnitten sein kann, wobei die Schnittkanten der Bleilegierung hierin einen Spalt durch Gitter 50 definieren.
Wenn a als "Loch" oder Spalt definiert ist, dann kann die Matrix folgendermaßen ausgedrückt werden: Tabelle 3
In beiden Tabellen 2 und 3 ist die Lasche 70, welche vorzugsweise ein integraler unverformter Bereich ist (welcher im allgemeinen in der von dem Gitter 50 gebildeten X-Y-Mittelebene liegt), nicht berücksichtigt.
In Tabelle 3 stehen die Elemente "a" für Stellen, wo erhöhte und abgesenkte Gebiete aneinandergrenzen. An einer solchen Stelle verändert sich die Erhebung der Oberfläche (betrachtet als dünnes Blech oder Membran) so schnell, daß die Oberfläche diskontinuierlich ist, d.h. das Blech ist geschnitten, indem ein Loch gemacht wird, dessen Grenze im wesentlichen in einer Ebene liegt; eine derartige Ebene ist im wesentlichen senkrecht zu der Mittelebene des Metallblechs.
Ferner soll darauf hingewiesen sein, daß zwischen den "0"- Stellen und "±1"-Stellen die Veränderung der Erhebungen vorzugsweise nicht unmittelbar ist, sondern vielmehr aus einer allmähliche Steigung besteht.
Als nächstes ist mit Bezug auf Fig. 3 eine Seitenansicht eines Gitters 50 im Aufriß veranschaulicht. Jede Spalte von erhöhten 51 und/oder abgesenkten 52 Gebieten kann als Halbwellensinoidale angesehen werden. Die angrenzende Säule von Gebieten haben auch halbwellensinoidale Form und sind um 180º verschoben (d.h. eine halbe Wellenlänge), so daß sie gegenüberliegend korrespondieren. Der Ausdruck sinoidal ist hier im wesentlichen benutzt, um die gerundete Form der erhöhten und abgesenkten Gebiete zu beschreiben, wie diese sich von der neutralen Ebene entfernen, einen Höhepunkt erreichen und zu der neutralen Ebene zurückkehren. Die Fachleute werden erkennen, daß die Form von einigen Faktoren, wie z.B. der Herstellungsmethode (d.h. der Form der benutzten Roll- oder Preßvorrichtung), der Zugfestigkeit des Materials, aus dem das Gitter 50 hergestellt ist, und der gewünschten Dicke des Endgitters 50 und der Platte abhängt. Die Fachleute werden auch erkennen, daß die Form von der halbzylindrischen Ausbuchtung der bevorzugten Ausführungsform abweichen kann in Ovale, Quadrate und andere Formen.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht abgebildet) können andere Wellenverschiebungen, insbesondere +/- 90º (d.h. eine viertelwellenlängen-Verschiebung) angewendet werden. Das resultierende abgegrenzte Muster liefert zickzackförmige oder serpentinenartige Reihen von erhöhten und abgesenkten angrenzenden Bereichen. Das stromführende Gebiet kann genauso zickzackförmig (oder serpentinenartig) sein, um damit zu korrespondieren, oder kann gerade Reihen zwischen den zickzackförmigen erhöhten und abgesenkten Bereichen formen.
Als nächstes wird auf Fig. 4 Bezug genommen, in welcher eine Unteransicht eines Batteriegitters veranschaulicht ist. Es kann leicht erkannt werden, daß ein Betrachten der erhöhten 51, abgesenkten 52 und neutralen 53 Reihen aus dieser Perspektive eine rechteckwellenförmige Konfiguration liefert.
Wie vorher angemerkt, sind vorzugsweise zwischen den erhöhten 51 und abgesenkten 52 Gebieten selektiv definierte Spalten 60 angeordnet. Die Spalten 60 sind durch die Kanten von zwei gegenüberliegenden verformten halbzylindrischen Bereichen definiert.
Die Fachleute werden erkennen, daß die Spalten 60 auch in verschiedenen Intervallen oder zwischen verschiedenen erhabenen Bereichen aus Designgründen angeordnet sein können. Neutrale Gebiete 53 können auch zwischen erhöhten 51 und abgesenkten 52 Erhebungen angebracht sein und noch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bleiben. Die erhabenen 51 und abgesenkten 52 Bereiche können auch mittels einer Art preßverfahren, wie die Fachleute erkennen werden, deformiert werden. Darüberhinaus werden die Fachleute erkennen, daß anstelle von Walzen andere Arten von Vorrichtungen mit Vorsprüngen zum Verformen der Legierung verwendet werden können.
Die vorangehende Beschreibung stellt eine detaillierte Beschreibung für ein nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiertes Gitter 50 dar. Die Fachleute werden erkennen, daß die lokale Struktur eines solchen Gitters 50 (z.B. angrenzende erhöhte und abgesenkte Gebiete mit dazwischenliegenden Spalten) dafür verantwortlich gemacht wird, die verbesserten Charakteristiken des Gitters 50 bereitzustellen, eher als allgemeinere Angelegenheiten, wie z.B. die exakte Anzahl von Reihen erhöhter und abgesenkter Gebiete. Diese allgemeinen Angelegenheiten sind eine Wahl des Designs und sollen ohne weiteres im Rahmen der Erfindung bleiben.
In Fig. 6 ist eine Batterie 90 veranschaulicht, welche ein nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiertes Gitter 50 enthält. Vorzugsweise ist das Gitter 50 vor dem Erhöhen 51 und Absenken 52 der Verformungen ungefähr 114 mm (4 1/2 Inch) mal 143 mm (5 5/8 Inch) mit einer Querschnittsdicke von 0,38 mm (0,015 Inch). Die Lasche 70, welche als integraler Teil des Gitters 50 geformt ist, ist ungefähr 63 mm (2 1/2 Inch) mal 76 mm (3 Inch). Jedes der vorangehenden Maße ist nur illustrativ, die Querschnittsdicke und das Gebiet der Lasche 70 sind teilweise unter Gesichtspunkten der Stromführung bestimmt, welche im Fachgebiet bekannt sind.
Alternativ kann die Lasche 70 auch (wie am besten in Fig. 7 zu sehen) dadurch geformt sein, daß das Gitter 50 parallel zu der Oberkante geschnitten wird (ohne über die ganze Breite zu schneiden), in dem der Schnittstreifenbereich herunter- und danach der Schnittbereich heraufgefaltet werden. Diese erste Faltung ist ungefähr eine 45º-Faltung in bezug auf die Oberkante, während die zweite Faltung parallel zu der Oberkante ist. Es kann auch punktschweißen verwendet werden, um den gefalteten Streifen zu stabilisieren. Die Fachleute werden erkennen, daß andere Faltsequenzen und -anordnungen (wie auch Schnitte) ausgeführt werden können, um Lasche 70 zu formen, wobei die Designerwägungen für Lasche 70 unter anderem die Stromführungskapazität, die Möglichkeit und Einfachheit des Verbindens mit Platten gleicher Polarität und das Vermeiden des Kontaktes mit Platten gegensätzlicher Polarität sind.
Die Verwendung des oben beschriebenen matrixförmigen Musters ermöglicht die Verwendung von ansonsten unnachgiebigen Legierungen. Die vorliegende Erfindung fügt einem solchen Gitter 50 insbesondere durch das Bereitstellen einer starren Geometrie Steifigkeit zu. Daher erlaubt ein nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiertes Gitter 50 die Verwendung von Legierungen, welche bisher aus mechanischen Erwägungen nicht verwendet werden konnten. Darüberhinaus sorgt die stabile Geometrie für eine geringe Entfernung der aktiven elektrochemischen Reaktanden zu metallischen Leitern. Diese Entfernung wird als für die gleiche oder vergrößerte Leistung der nach den Prinzipien der Erfindung konstruierten Batterien im Vergleich zu konventionell konstruierten Batterien verantwortlich angesehen. Es wurde kürzlich gezeigt, daß diese Distanz bedeutend ist. Vgl. z.B. Marimoto et al, Computer Simulation of Lead Discharge, 135 J. Electrochemical Society 293 (1987).
Die zur Herstellung des Gitters verwendeten Metalle sind vorzugsweise Blei und Bleilegierungen, aber die Fachleute werden erkennen, daß andere Übergangsmetalle und ihre Legierungen, einschließlich Titan und Tantal, verwendet werden können. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Blei-, 8 ppmw Kupferlegierung verwendet.
Es sollte bemerkt werden, daß Blei und/oder Bleilegierungen mindestens Blei enthalten, welches eine reine, hochreine, spuren-additive und "minor-constituent" Bleilegierung ist, wie sie im Fachgebiet bekannt ist.
Es ist selbstverständlich, daß, obwohl zahlreiche Charakteristiken und Vorteile der Erfindung zusammen mit Details der Struktur und Funktion der Erfindung, in der vorangehenden Beschreibung dargelegt wurden, die Offenbarung nur beispielhaft ist. Andere Modifikationen und Veränderungen sind ohne weiteres im Rahmen der Kenntnisse von Fachleuten und sind durch angefügte Ansprüche begrenzt.
Fig. 8 veranschaulicht, teilweise aufgeschnitten, eine Perspektivansicht einer Batterie 100, wo alle Ziffern den vorher beschriebenen Elementen entsprechen. Die obere Batterieabdeckung ist aus Gründen der Kürze und Klarheit in der Zeichnung entfernt. Das Batteriegehäuse 102 umfaßt ein äußeres Gehäuses, welches einen Boden 104, Seiten 106, 108, 110 und 112 und vertikale integrale Einsätze 114, 116, 118, 120 und 122 aufweist, welche sich zwischen Seiten 108 und 110 in Intervallen gleicher Abstände erstrecken, um integrale säuredichte Zellenkammern 124, 126, 128, 130, 132 und 134 wie in Fig. 9 veranschaulicht zu bilden. In jeder Zellenkammer 124-134 sind eine Vielzahl von Gittern 50, einschließlich Gitter 50A-50H und 50I-50P, welche in einem alternierenden Überlappen von Gruppen negativer Platten und positiver Platten angeordnet sind. Veranschaulicht ist das Haften der Bleiplaste 135 an dem und um das Gitter 50A. Die Gitter 50A-50H und 50I- 50P haben ferner eine Vielzahl von Laschen 70, einschließlich Laschen 70A-70H bzw. Laschen 70I-70P, welche sich von dem Hauptkörper der Gitter 50, wie zuvor beschrieben, erstrecken. Die erste positive Gittergruppe 136 überlappt mit der ersten negativen Gittergruppe 138 in der integralen säuredichten Zellkammer 124. Das positive Feld 136 wird durch die Gitter 50A-50H gebildet, deren Ebenen parallel zueinander sind. Die Laschen 70A-70H sind gebogen oder geformt, um sich physikalisch und elektrisch in aufeinanderfolgenden gegenseitigen Kontakt an einer Stelle in der Mitte zwischen den äußersten Gittern 50A und 50H zu verbinden, und sie sind elektrisch und mechanisch miteinander verbunden, wie z.B. durch Punktschweißen, um eine Laschenschiene 139 zu bilden. Ein positiver innerer Anschlußstab der Batterie 140 ist integral und erstreckt sich von einer Anschlußebene 142, wo die Anschlußebene 142 z.B. durch Punktschweißen mit der Laschenschiene 139 verbunden ist. Die Klemmengruppe ist mit dem inneren Anschlußstab 140 verbunden. Der innere Anschlußstab 140 paßt dann in eine Anschlußbuchse 143 der Abdeckung von Fig. 11. Der innere Anschlußstab 140 und die Anschlußbuchse 143 werden dann autogen geschweißt ("burned"), um die fertige Klemme 145 von Fig. 12 zu bilden.
Die negative Gittergruppe 138 wird in einer ziemlich ähnlichen Weise wie die positive Gittergruppe 136 durch die Verwendung der Gitter 50I-50P gebildet. Die Laschen 70I-70P der Gitter 50I-50P sind gebogen oder physikalisch geformt und kommen in aufeinanderfolgendem gegenseitigen Kontakt an einer nahe dem integralen Einsatz 114 gelegenen Stelle und sind elektromechanisch miteinander verbunden wie z.B. durch Punktschweißen, um eine Laschenschiene 144 zu bilden. Eine Vielzahl von Kunststoffisolatorhüllen 146A-146H, welche jede oben offen ist und über und um entweder die negativen Platten 50I-50P oder die positiven Platten 50A-50H angepaßt ist, um die Platten 50A-50H der ersten positiven Gittergruppe 136 von den Platten 50I-50P der ersten negativen Gittergruppe 138 zu isolieren. Fig. 10 veranschaulicht darüberhinaus die Separation der Platten in den positiven und negativen Gittergruppen.
-Fig. 9 veranschaulicht eine Draufsicht der Batterie 100, wo alle Ziffern den vorher beschriebenen Elementen entsprechen. Im besonderen veranschaulicht ist die Serienanordnung der überlappenden positiven und negativen Gittergruppenpaare in den Zellkammern 124-134. Die positive Gittergruppe 150 ist in der gleichen Weise wie die positive Gittergruppe 136 konstruiert mit der Ausnahme, daß dort kein Anschlußstab ist und daß die Laschen 70A-70H in einer Weise ähnlich den Laschen 70I-70P des negativen Gitterfeldes 138 gebogen oder geformt sind, um die Laschenschiene 148 zu bilden und in die Nähe des Einsatzes 114 zu bringen. Es wird festgehalten, daß die Laschenanordnung/Laschengruppe 144 der ersten negativen Gittergruppe 138 und eine Laschenanordnung/ein Laschenfeld 148 der zweiten positiven Gittergruppe 150 direkt aneinander angrenzend an sich gegenüberliegenden Seiten des Einsatzes 114 sind. Ein Loch 152 in dem Einsatz 114 ist so an den Laschenanordnungen 148 und 144 ausgerichtet, daß eine Schweißstelle 154 die Schienenlaschen 148 und 144 elektrisch verbindet. Diese gleiche Methode wird die ganze Batterie 100 hindurch verwendet, um die positiven Gitterfelder und negativen Gitterfelder in einer elektrischen Serienverbindung zu verbinden. Die zweite negative Gittergruppe 156 ist mit der zweiten positiven Gittergruppe 150 in einer zu dem Überlappen der ersten positiven Gittergruppe 136 und der ersten negativen Gittergruppe 138 ähnlichen Weise überlappt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Anordnung von positiven und negativen Gittern in einer Zellenkammer eine Inversion der Anordnung in der vorhergehenden Zellenkammer in der Aufeinanderfolge für eine elektrische Serienverbindung ist, d.h., daß die Plattengruppen abwechselnd "rechts" und "links" sind. Dieses Muster wird die Zellkammern hindurch wiederholt, wobei die Laschenanordnung 155 der zweiten negativen Gittergruppe 156 elektromechanisch-mit der Laschenanordnung 157 der dritten positiven Gittergruppe 158 in einer ähnlichen Weise verbunden ist und dadurch die dritte positive Gittergruppe 158 mit der dritten negativen Gittergruppe 160 überlappt und verbindet. Diese Sequenz wiederholt sich aufeinanderfolgend mit positiver Gittergruppe 162, negativer Gittergruppe 164, positiver Gittergruppe 166, negativer Gittergruppe 168, positiver Gittergruppe 170 und negativer Gittergruppe 172. Das negative Gitter umfaßt einen negativen inneren Anschlußstab 174, der sich von einer Anschlußebene 176 erstreckt. Die Anschlußebene 176 ist an eine durch die Laschen 70I-70P der negativen Gittergruppe 172 gebildete Laschenanordnung 178 geschweißt. Alle Gitterplatten 50A-50H und 50I-50P wie auch die Laschen 70A-70H und 70I-70P und Isolatorhüllen sind durchgehend aus Gründen der Kürze und Klarheit nicht veranschaulicht.
Fig. 10 veranschaulicht eine vereinfachte vergrößerte Seitenansicht entlang Linie 10-10 von Fig. 9 des Überlappens der zweiten positiven Zelle 150 mit der zweiten negativen Zelle 156, wie in Zellkammer 126 in Fig. 9 aufzufinden, wo alle Ziffern mit den vorher beschriebenen Elementen überein stimmen.
Während des Betriebes ist die elektrochemische Reaktion der Säure mit dem chemischen Überzug in dem Batteriefeld bekannt. Die Batterie eignet sich zur Benutzung in Automobilen, LKWs, Bussen, Zügen, Flugzeugen, Booten, Luftfahrzeugen, Notfallverbraucheranwendungen, für landwirtschaftliche Anwendungen, gewerbliche Anwendungen&sub1; militärische Anwendungen und Notfallsicherheitsanwendungen.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist eine Batterie eins oder mehrere der folgenden Merkmale auf:
- sechs Fächer für eine 12-Volt-Batterie;
- Mittel zum wechselweisen Verbinden von positiven und negativen Laschen durch jedes Fach;
- eine sich über die Fächer erstreckende Abdeckung und
- geeignet für ein Fahrzeug.

Claims

1. Batteriegitter mit:

einem Metallblech (50) mit Reihen von versetzten Bereichen des Blechs, wobei eine erste Gruppe (51) der Reihen nach einer Seite der Mittelebene des Blechs und eine zweite Gruppe (52) der Reihen nach der anderen Seite der genannten Ebene versetzt ist und wobei versetzte Bereiche (51) der ersten Gruppe von Reihen zusammen mit benachbarten versetzten Bereichen (52) der zweiten Gruppe von Reihen Öffnungen (60) in der Platte (50) bilden;

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen aneinanderangrenzenden Bereichen (51, 52) der ersten Gruppe von Reihen und der zweiten Gruppe von Reihen ein Gebiet, eine Region oder eine Reihe (53) verläuft, welche im wesentlichen neutral in seiner bzw. ihrer Erhebung bezüglich der genannten Ebene ist, wobei die neutralen Gebiete, Regionen oder Reihen (53) der Funktion einer Wirkung als stromleitende Bereiche in dem Batteriegitter dienen.

2. Batteriegitter nach Anspruch 1, bei welchem die Öffnungen (60) in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Mittelebene des Blechs liegen.

3. Batteriegitter nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Gestalt der Reihen der versetzten Bereiche sinoidal ist.

4. Batteriegitter nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Gestalt der Reihen von versetzten Bereichen rechteckwellenförmige Konfigurationen haben.

5. Batteriegitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Unterkante (55) und eine Oberkante (56) hat und eine sich von der Oberkante (56) erstreckenden Lasche (70) einschließt, wobei sich die Reihen von etwa der Unterkante (55) bis zu etwa der Oberkante (56) der Platte erstrecken.

6. Batteriegitter nach Anspruch 5, bei welchem die Lasche (70) von Gestalt und Abmessungen so ausgebildet ist, daß er einfach in Anlagekontakt mit der Lasche eines gleichartigen Batteriegitters kontaktiert werden kann.

7. Batteriegitter nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem die Lasche (70) durch Herstellen eines Einschnittes in das Gitter vorgesehen worden ist, wodurch ein Laschenvorläufer gebildet und danach der Laschenvorläufer bezüglich des Gitters so gefaltet wird, daß die sich aufwärts erstreckende Lasche vorgesehen wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Batteriegitters nach Anspruch 1, welches aufweist:

Zuführen eines Bleches aus Blei oder einer Bleilegierung zu einem Satz von sich gegenläufig drehenden Walzen, von welchen jede getriebeartige Zähne um ihre Umfangsfläche herum trägt, wodurch dem Blech ein unterbrochenes gewelltes Muster mitgeteilt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das unterbrochene wellenförmige Muster von sinoidaler Gestalt ist.

10. Batterieplatte mit einem Batteriegitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Batteriepaste, welche das Gitter bedeckt.

11. Batterie mit einer Vielzahl von Batterieplatten nach Anspruch 10.

12. Batterie nach Anspruch 11 mit:

(a) einem Behälter mit einer chemischen Lösung darin;

(b) einer ersten Vielzahl von positiven Gitterplatten in der Lösung, von welchen jede mit einer Batteriepaste bedeckt ist und eine Lasche aufweist, wobei die Laschen miteinander verbunden sind, um einen ersten Polaritätsanschluß zu bilden; und

(c) einer zweiten Vielzahl von negativen Gitterplatten in der Lösung, von welchen jede mit einer Batteriepaste beschichtet ist und eine Lasche aufweist, wobei die Laschen miteinander verbunden sind, um einen zweiten Polaritätsanschluß zu bilden, sowie in Bezug auf die erste Vielzahl von positiven Gitterplatten, die so angeordnet sind, daß die Gitterplatten in der Lösung eine Spannung mit einer auf summierten Kapazität erzeugen.

13. Batterie nach Anspruch 11 mit :

(a) einem Batteriegehäuse mit wenigstens einem Fach;

(b) einer Vielzahl von positiven Gittern, von welchen jedes geschlitzt ist und eine sich aufwärts erstreckende Lasche einschließt, wobei die Laschen elektromechanisch in dem Fach zusammengeschlossen sind;

(c) einem positiven Stab, welcher mit den positiven Laschen verbunden ist;

(d) einer Vielzahl von negativen Gittern, von welchen jedes geschlitzt ist und eine sich aufwärts erstreckende Lasche einschließt, wobei die Laschen elektromechanisch in dem Fach unter Zwischenlage der positiven Gitter zusammengeschlossen sind;

(e) einem negativen Stab, welcher mit den negativen Laschen verbunden ist;

(f) einer Batteriepaste über und um jedem bzw. jedes der Gitter und über, um und innerhalb jedem bzw. jeden bzw. jedes der Schlitze;

(g) Säurelösung in dem Fach, wodurch eine Spannung und eine Ladung zwischen dem positiven Stab und dem negativen Stab erzeugt wird.

14. Batterie nach Anspruch 11 mit:

(a) einem Batteriegehäuse mit sechs Fächern, von welchen jedes Säure enthält;

(b) einer Vielzahl von positiven Gittern in jedem der Fächer, wobei jedes der Gitter geschlitzt ist und eine sich aufwärts erstreckende Lasche einschließt, wobei die Laschen elektromechanisch zusammengeschlossen sind;

(c) eine Vielzahl von negativen Gittern in jedem der Fächer, wobei jedes der Gitter geschlitzt ist und eine sich aufwärts erstreckende Lasche einschließt, wobei die Laschen elektromechanisch zusammengeschlossen und die positiven Gitter dazwischen angeordnet sind;

(d) einer Batteriepaste über und um jedem bzw. jedes der Gitter und über, um und innerhalb jedem bzw. jeden bzw. jedes der Schlitze;

(e) wobei die positiven Gitterlaschen mit zugeordneten negativen Gitterlaschen zwischen und durch zugeordnete Zellen verbunden sind;

(f) einer Abdeckung über dem Gehäuse;

(g) Anschlußstäben, welche mit jeder der Endlaschen in dem Gehäuse verbunden sind und sich durch die Abdeckung erstrecken.