DE69821446T2

DE69821446T2 - Gasdichte Bleisäurebatterie und Harzzusammensetzung für Gehäuse und Deckel

Info

Publication number: DE69821446T2
Application number: DE69821446T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Ide; Takehiro Sasaki; Takurou Nakayama; Toshihiro Inoue
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2018-11-07
Also published as: CN1163984C; EP0917217B1; DE69821446D1; US6218045B1; EP0917217A1; CN1217584A

Description

Hintergrund der Erfindung
Mit dem zügigen Fortschritt in Richtung einer informations- und intelligenz-orientierten Gesellschaft in den jüngsten Jahren werden unterbrechungsfreie Stromversorgungen weitläufig als Stromquellen für Reserve- bzw. Backup-Computer verwendet, die Schlüsselkomponenten dieser Gesellschaft sind. Die Bedingungen, unter denen die unterbrechungsfreien Stromversorgungen arbeiten, beispielsweise Nennspannung, Temperatur, Feuchtigkeit und dergleichen, reichen über einen weiten Bereich. Deshalb ist die Lebensdauer der geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterie, die in den unterbrechungsfreien Stromversorgungen enthalten sind, stark abhängig von den Betriebsbedingungen. Im Allgemeinen werden die geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterien, die in die unterbrechungsfreien Stromversorgungen installiert sind, oft unter einem Konstant-Ladezustand verwendet, d. h. unter einer sogenannten Pufferlade-Bedingung (trickle charge). Insbesondere für den Fall der Verwendung unter den Pufferlade-Bedingungen einer hohen Temperatur und einer niedrigen Feuchtigkeit wird bestätigt, dass die Art der Pufferlebensdauer der Batterien ein früher Anstieg des Innenwiderstands der Batterien auf Grund der Abnahme der Menge des Elektrolyts ist.
Da insbesondere die unterbrechungsfreien Stromversorgungen üblicherweise Wärmequellen innerhalb derselben aufweisen und üblicherweise in Innenräumen installiert sind, hängt die Art der Verschlechterung stark von der Abnahme der Menge des Elektrolyts ab, und deshalb ist die Pufferlebensdauer der Batterien manchmal früh beendet.
Das Material der Behälter und Behälterdeckel der konventionellen, geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterien fängt bei der Verwendung von Glas an, neigt aber derzeit in den meisten Fällen zu solchen aus Harzen. Die Behälter, die aus einem Harz gemacht sind, sind unentbehrlich im gegenwärtigen Trend bei der Gestaltung der Batterien, damit sie eine kleinere Größe und ein geringeres Gewicht aufweisen. Im Fall der Verwendung des Harzbehälters, kann jedoch die Abnahme des Wassergehaltes nicht vermieden werden.
Versuche wurden durchgeführt, um das Entweichen von Wasser aus dem Harzbehälter auf folgende Weisen zu unterdrücken, durch Zufügen von Glimmer, welches eine Substanz ist, die frei von der Eigenschaft ist, Feuchtigkeit zu übertragen, zu Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz (nachfolgend mit ABS-Harz bezeichnet), was häufig für die Behälter und Behälterdeckel von Batterien verwendet wird (ungeprüfte, japanische Patentveröffentlichung Sho 62-71166), durch Zufügen von Glasflocken (ungeprüfte, japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Hei 6-71152) und durch Zufügen von Glasflocken zu Polyphenylen-Ether-Harzen (ungeprüfte, japanische Patentveröffentlichung Hei 6-203814).
Das bedeutsamste Problem, das bei einer geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterie gelöst werden muss, die keine Versorgung oder Ergänzung von Wasser von außerhalb des Behälters zulässt, ist, das Entweichen von Wasser aus dem Inneren des Behälters auf ein Minimum zu reduzieren. Wie vorstehend ausgeführt wurde, steigert eine Einführung eines Additivs zur Verschlechterung der Durchdringung von Wasser durch das Harz in vorteilhafter Weise die mechanische Festigkeit des Harzes, aber es verursacht ein Problem, dass die Gegenschlagfestigkeit des Harzes dramatisch abnimmt. Unter dem wachsenden Trend der Gestaltung der Batterien, eine kleinere Größe und ein geringeres Gewicht aufzuweisen, ist die Abnahme der Schlagfestigkeit ein fatales Problem für den Fall, dass die Batterien unvermutet hinfallen, oder bei einem ähnlichen Missgeschick.
Bei geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterien im Allgemeinen weisen Behälterdeckel Anschlüsse zum Einspritzen des Elektrolyts und obere Deckel, die mit den Behälterdeckeln mittels Ultraschallschweißens verschweißt sind, zum Bedecken von Entlüftungsventilen auf, die an den Anschlüssen vorgesehen sind. Im Falle des Wechseln des Harzmaterials für die Behälterdeckel oder die oberen Deckel dafür, oder des Zufügens von Additiven dazu, wechseln jedoch ebenfalls die Bedingungen für das Ultraschallschweißen zwischen den Harzkomponenten und es tritt dort eine ernstliche Abnahme der Schweißfestigkeit auf.
Die geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterien für Computer-Backup-Anwendungen werden in konstanten Ladezuständen benötigt. Aus diesem Grund, wird konstant die Pufferladung zum Versorgen des Ladungsverlustes auf Grund der Selbstentladung durch eine äußere Stromquelle durchgeführt. Wenn die geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterien geladen werden, wird konstant Sauerstoff von den positiven Elektroden innerhalb des Behälters erzeugt. Obwohl das meiste des Sauerstoffs sicher durch die negativen Elektroden absorbiert wird, ist in den meisten Fällen der Innendruck in dem Behälter immer größer als der Umgebungsdruck, insbesondere in einer Hochtemperaturumgebung, beispielsweise bei 40°C und darüber, und während des Pufferladens wird ein Druck auf die Entlüftungsventile in die Richtung des Öffnens derselben ausgeübt.
Aus diesem Grund wird auf die oberen Deckel eine Belastung in die Richtung zum Ablösen von deren Teilen von den Behältern ausgeübt, die mit dem Behälterdeckeln verschweißt sind, und deshalb existiert ein Bedarf zum Sicherstellen einer genügenden Schweißfestigkeit zwischen den oberen Deckeln und den Behälterdeckeln. Wenn die oberen Deckel von den Behälterdeckeln abgelöst sind, ist die Schließeigenschaft der Entlüftungsventile zerstört, das Elektrolyt nimmt abrupt ab, die negativen Elektrodenplatten werden durch eine Reaktion mit dem Sauerstoff in der Luft deaktiviert und die Kapazität der Batterien nimmt abrupt ab.
Im Allgemeinen sind geschlossene Bleisäure-Speicherbatterien, die in Computer-Backup-Anwendungen verwendet werden, derart konfiguriert, dass sie eine Hochspannung mittels serieller Verbindung einer Vielzahl von Monoblock-Batterien in zusammengesetzte Batterien ausgeben. Wenn bei einer solchen Anwendung nur eine Ablösung an dem geschweißten Teil zwischen dem Behälterdeckel und dem oberen Deckel bei einer Monoblock-Batterie auftritt, die die zusammengesetzten Batterien bilden, erleidet über die zügige Schädigung der Funktion der einen Monoblock-Batterie hinaus die zusammengesetzte Batterie als Ganzes einen Schaden unter der Kapazitätsabnahme.
Zusätzlich erhöhen die Monoblock-Batterien, deren gasdichte Eigenschaft einmal auf diese Weise verschlechtert sind, abrupt ihren Innenwiderstand, dadurch nimmt die Ladungsaufnahme der zusammengesetzten Batterie als Ganzes beachtlich ab. In dem Fall einer weiteren Fortsetzung der Verwendung der zusammengesetzten Batterien bei diesen Umständen, geraten die normalen Monoblock-Batterien, deren gasdichte Eigenschaft nicht verschlechtert wurde, in einen mangelhaften Ladungszustand. Ist ein derartiges Ereignis eingetreten, gibt es die Besorgnis, dass jede Wiederherstellung mittels Ersetzens nur der schadhaften Monoblock-Batterien, deren gasdichte Eigenschaft beschädigt wurde, durch normale Batterien nicht erwartet werden kann.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die vorstehend erwähnten Probleme mittels Minimierung der Abnahme der Schlagfestigkeit des Harzes für den Behälter und mittels Verringerung des Entweichens des Wasser aus dem Inneren der Batterie zu lösen, auch wenn die Batterie unter der Bedingung einer hohen Temperatur und einer geringen Feuchtigkeit verwendet wird, um dadurch das Ansteigen des Innenwiderstandes der Batterie zu unterdrücken. Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie mit einer langen Pufferlebensdauer bereit zu stellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie mit einer verbesserten Betriebssicherheit mittels Bewirkens einer dichten Verbindung zwischen einem Behälterdeckel und einem oberen Deckel zum Bedecken eines Teils des Behälterdeckels unter Verwendung von Ultraschallschweißen bereit zu stellen, an dem ein Entlüftungsventil vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie bereit, die einen Behälter zum Aufnehmen einer Elektrodengruppe, einen Behälterdeckel zum Verschließen eines offenen Endes des Behälters durch verbunden sein mit dem offenen Ende des Behälters durch einen Kunstharzklebstoff, und einen oberen Deckel zum Bedecken eines Teils des Behälterdeckels, wo ein Entlüftungsventil vorgesehen ist, durch verbunden sein mit dem Behälterdeckel mittels Ultraschallschweißens umfasst, wobei der Behälter aus einem denaturierten Polyphenylen-Ether-Harz enthaltend eine flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, gebildet ist, und der Behälterdeckel und der obere Deckel aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz enthaltend keine flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, gebildet ist, wobei der obere Deckel teilweise mit dem Behälterdeckel verbunden ist, um so Spalten zum Austreten von Gas zwischen dem oberen Deckel und dem Behälterdeckel zu bilden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie bereit, die einen Behälter zum Aufnehmen einer Elektrodengruppe, einen Behälterdeckel zum Verschließen eines offenen Endes des Behälters durch verbunden sein mit dem offenen Ende des Behälters durch einen Kunstharzklebstoff, und einen oberen Deckel zum Bedecken eines Teils des Behälterdeckels, wo ein Entlüftungsventil vorgesehen ist, durch verbunden sein mit dem Behälterdeckel mittels Ultraschallschweißens umfasst, wobei der Behälter mit einem denaturierten Polyphenylen-Ether-Harz enthaltend eine flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, konfiguriert ist, und der Behälterdeckel und der obere Deckel mit einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz enthaltend keine flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, konfiguriert ist.
Bei der vorstehend erwähnten, geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterie ist die flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen vorzugsweise Glimmer oder Talk {Mg₃(Si₄O₁₀)(OH)₂}.
Zusätzlich ist als Harzmaterial für den vorstehend erwähnten Behälter ein Polymergemisch eines Polyphenylen-Ether-Harzes und eines Polystyrol-Harzes bevorzugt. Insbesondere ist ein Polymergemisch bevorzugt, das Polyphenylen-Ether-Harz mit 30 bis 80 Gew.-% und das Polystyrol-Harz mit 70 bis 20 Gew.-% umfasst.
Obwohl die neuen Merkmale der Erfindung insbesondere in den angehängten Ansprüchen bekannt gemacht werden, wird die Erfindung, hinsichtlich beides, Gestaltung und Inhalt, zusammen mit anderen Aufgaben und Merkmalen derselben, aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstanden und gewürdigt.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnung
1 ist eine longitudinale Querschnittsansicht, die den Behälter und den Behälterdeckel der geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine longitudinale Querschnittsansicht, die den wesentlichen Teil des gezeigten Behälterdeckels zeigt.
3 ist eine longitudinale Querschnittsansicht, die den wesentlichen in 2 gezeigten Teil vor dem Schweißen des oberen Deckels zeigt.
4 ist eine longitudinale Querschnittsansicht, die den wesentlichen Teil des Behälterdeckels gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Diagramm, das Charakteristika der Pufferlebensdauer und die Abnahme der Menge des Elektrolyts in der geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterie gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und in einem Vergleichsbeispiel zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Talkgehalt des denaturierten Polyphenylen-Ether-Harz und der Izot-Schlagfestigkeit und die Beziehung zwischen dem Talkgehalt und der Menge der Wasserübertragung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wie vorstehend beschrieben wurde, einen Behälter zum Aufnehmen einer Elektrodengruppe, der aus einem denaturierten Polyphenylen-Ether-Harz enthaltend eine flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft hergestellt ist, keine Feuchtigkeit zu übertragen. Das Polyphenylen-Ether-Harz (hierin nachfolgend als PPE-Harz bezeichnet) ist im Allgemeinen eine Bezeichnung für das Polymer, das durch die nachfolgende allgemeine Formel veranschaulicht wird, und es kann ein einzelnes der Polymere sein, die durch die allgemeine Formel veranschaulicht wird, oder es kann alternativ ein anderes sein, das durch Kombinieren einer Vielzahl der Polymere konfiguriert ist.
wobei R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig von einander ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom oder eine monohydratische Substituentgruppe sind, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Alkylgruppe, einer Alkoxygruppe, einer Halogenalkylgruppe, die mindestens zwei Kohlenstoffatome zwischen einem Halogenatom und einem Phenylring enthält, und einer Halogenalkoxygruppe besteht, die kein tertiäres α-Kohlenstoffatom enthält, und n ist eine ganze Zahl, die den Grad der Polymerisation angibt.
In einem bevorzugten Beispiel sind R¹ und R² eine Alkylgruppe, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, und R³ und R⁴ sind ein Wasserstoff oder eine Alkylgruppe, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält. Insbesondere können als Beispiel dienen Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)ether, Poly(2,6-diethyl-1,4-phenylen)ether, Poly(2-methyl-6-ethyl-1,4-phenylen)ether, Poly(2-methyl-6-propyl-1,4-phenylen)ether, Poly(2,6-dipropyl-1,4-phenylen)ether, Poly(2-ethyl-6-propyl-1,4-phenylen)ether und dergleichen. Ein besonders bevorzugtes Polyphenylen-Ether-Harz ist Poly(2,6-Dimethyl-1,4-phenylen)ether.
Als das Copolymer des Polyphenylen-Ethers kann ein Copolymer als Beispiel dienen, das zum Teil ein dreifach alkyl-substituiertes Phenol, zum Beispiel 2,3,6-Trimethylphenol, in der vorstehend erwähnten Wiederholungseinheit des Polyphenylen-Ethers enthält.
Als Polystyrol-Harze werden Styrolpolymere oder deren Derivate verwendet, zum Beispiel Vinyltoluol, Ethylvinyltoluol, α-Methylstyrol und deren Mischungen. Solche Polymere werden ebenfalls verwendet, die mit natürlichen oder synthetischen Elastomeren denaturiert sind, beispielsweise Butylkautschuk, Ethylen-Propylen-Copolymer, natürliches Kautschuk bzw. Gummi oder dergleichen.
Bevorzugte denaturierte PPE-Harze für den Behälter sind Polymermischungen der vorstehend erwähnten PPE-Harze und der vorstehend erwähnten Polystyrol-Harze und umfassen 30 bis 95 Gew.-% vom PPE-Harz und 70 bis 5 Gew.-% vom Styrol-Harz. Obwohl das PPE-Harz hervorragend in mechanischer Festigkeit, hitzebeständiger Eigenschaft und elektrischer Eigenschaft ist und eine extrem geringe wasserabsorbierende Eigenschaft aufweist, ist es minderwertig bei der Formbarkeit und deshalb benötigt die Mischung mindestens 5 Gew.-% Styrol-Harz.
Bevorzugtere Polymermischungen umfassen 30 bis 80 Gew.-% des PPE-Harzes und 70 bis 20 Gew.-% des Styrol-Harzes. Diese Polymermischung weist eine identische Anti-Schlagfestigkeit wie das konventionelle durchschnittliche Behältermaterial ABS-Harz auf und besitzt eine bessere Formbarkeit.
Als die flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, die dem vorstehend erwähnten Harzmaterial hinzu zu fügen ist, wird vorzugsweise Talk oder Glimmer verwendet, das ein Art gesteinsbildendes Silikatmineral ist. Glimmer hat den Vorteil, dass es ohne weiteres auf Grund seiner eigenen Spaltungseigenschaft in Flocken geschnitten werden kann. Der Gehalt dieser flockigen anorganischen Substanzen in dem vorstehend erwähnten Harzmaterial beträgt bevorzugt Werte zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-%, wobei ein Bereich zwischen 8 Gew.-% und 15 Gew.-% besonders bevorzugt wird.
Wenn das Harzmaterial, das Glimmer und Talk aufweist, in die Gussform eingespritzt wird, um das Material in den Behälter umzuformen, orientieren sich, da die Formen von Glimmer und Talk ähnlich Flocken sind, die Flocken des Glimmers oder des Talks entlang der Richtung des Flusses des Harzmaterials. Deshalb sind in dem gegossenen Behälter die Flocken des Glimmers oder des Talks bevorzugt parallel zu der Wand des Behälters ausgerichtet. Auf diese Weise ist es möglich, das Entweichen von Wasser, das durch den Behälter hindurch übertragen wird, zu vermindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es deshalb möglich, das Entweichen von Wasser aus dem Inneren der Batterie durch Übertragung durch den Behälter hindurch zu vermindern, auch wenn die Batterie unter den Bedingungen einen hohen Temperatur und einer geringen Feuchtigkeit verwendet wird, um dadurch eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie zu geben, deren Ansteigen des Innenwiderstandes unterdrückt wird und deren Pufferlebensdauer verbessert ist.
1 zeigt einen Umriss der Konfiguration des Behälters und des Behälterdeckels, die in der geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Details des wesentlichen Teils derselben werden durch vergrößerte Ansichten in den 2 und 3 gezeigt.
Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Behälter, dessen oberes Ende offen ist. Nach Aufnehmen einer Elektrodengruppe (nicht dargestellt) in diesem Behälter 1, wird er mit dem Behälterdeckel 2 geschlossen. Der Behälterdeckel 2 weist an seiner unteren Endkante eine Ausnehmung zum Aufnehmen der Kante des offenen Endes des Behälters 1 auf. Beim Befestigen des Behälterdeckels 2 mit dem Oberteil nach unten und Füllen eines Epoxidharzklebersstoffs in die vorstehend erwähnte Ausnehmung, wird die Kante des offenen Endes des Behälters 1 in einer umgedrehten Position in die Ausnehmung eingefügt und der Klebstoff wird durch Wärmen ausgehärtet. Auf dies Weise ist der Behälterdeckel 2 sicher mit dem Behälter 1 verbunden. Der Behälterdeckel 2 weist auch eine gestufte Ausnehmung 4 auf und ein Einlassanschluss 5 ist in der Mitte des unteren Teils 4b der gestuften Ausnehmung 4 vorgesehen. An dem unteren Teil 4b der gestuften Ausnehmung 4 ist ein Blattgummiventil 6 und eine Haltematte 7 für das Ventil eingesetzt, und an einer Stufe 4a der gestuften Ausnehmung 4 ist ein oberer Deckel 8 mittels Ultraschallschweißens befestigt. Das Gummiventil 6 ist zum Beispiel aus Neoprengummi hergestellt. Die Haltematte 7 für das Ventil ist aus einem Schaumstoff aus einer dreistoffigen Polymermischung aus Ethylen-Propylen-Dien hergestellt.
Der obere Deckel 8 weist an Stellen Vorsprünge 9 auf, an denen vorgesehen ist, ihn mit dem Behälterdeckel 2 zu verschweißen. Jeder dieser Vorsprünge 9 weist eine Größe auf, zum Beispiel eine Länge von 5 mm und eine Breite am Ansatz (root) von 1 mm auf, und ragt in die senkrechte Richtung des Blattes der 3. Die beschriebenen Vorsprünge sind an vier Seiten des oberen Deckels 8 entlang der entsprechenden Seiten mit Unterbrechungen von 5 mm vorgesehen. Die Vorsprünge 9 schmelzen auf Grund der Schwingungsenergie der Ultraschallwelle, um dadurch mit der Stufe 4a des Behälterdeckels 2 verschweißt zu werden. Das Bezugszeichen 9a bezeichnet den Schweißpunkt. Um dem Gas zu ermöglichen, zu entweichen, sind zwischen dem Behälterdeckel 2 und dem oberen Deckel 8 an anderen Stellen als den vorstehend erwähnten Schweißpunkten Spalten ausgebildet.
Der obere Deckel 8, der an der Stufe 4a der Ausnehmung 4 befestigt ist, drückt auf die Haltematte 7 für das Ventil, um dadurch das Gummiventil 6 an dem unteren Teil 4b mit der Spannkraft der Matte 7 zu drücken. An dem Teil der Gummimatte 6, die mit dem unteren Teil 4b des Behälterdeckels 2 in Berührung ist, ist Silikonöl aufgebracht. Obwohl der Einlassanschluss 5 normalerweise mit dem Gummiventil 6 abgedichtet ist, entweicht deshalb das Gas durch die Spalten zwischen dem Gummiventil 6 und dem Boden 4b der Ausnehmung 4 und durch die Spalten zwischen dem Behälterdeckel und dem oberen Deckel mittels Überwindens der Federkraft der Haltematte 7 für das Ventil auf die Außenseite der Batterie, wenn der Innendruck innerhalb der Batterie einen vorbestimmten Wert durch eine anomale Gaserzeugung oder dergleichen übersteigt.
Der an dem Behälter vorgesehene Aufbau des Entlüftungsventils sollte nicht auf das eingeschränkt werden, was durch 1 gezeigt wird, auch ein Entlüftungsventil des Aufbaus, wie er zum Beispiel durch 4 gezeigt wird, kann ebenfalls verwendet werden. Ein Behälterdeckel 2, der durch 4 dargestellt ist, weist einen zylindrischen Teil 15b auf, der den Einlassanschluss 15 umschließt, und er weist ein hauben-förmiges Gummiventil 16 auf, welches das obere Ende des zylindrischen Teils 15b abdeckt. In diesem Beispiel ist ein oberer Deckel 8 an die Stufe 14a der Ausnehmung 14 mittels Ultraschallschweißens geschweißt und drückt schwach auf das Ventil 16. Wenn der Gasdruck innerhalb der Batterie anomal ansteigt, entweicht das Gas durch den Spalt zwischen dem Gummiventil und dem zylindrischen Teil, und anschließend durch die Spalten zwischen dem Behälterdeckel und dem oberen Deckel auf die Außenseite der Batterie.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der obere Deckel an dem Behälterdeckel mittels teilweise Verschweißens mit dem Behälterdeckel befestigt, so dass Spalten zum Entweichen des Gases bei einer Betätigung des Entlüftungsventils vorgesehen sind. Deshalb sollten die geschweißten Teile zwischen dem oberen Deckel und dem Behälterdeckel eine ausreichende Stärke aufweisen. Wenn die Stärke der geschweißten Teile nicht ausreichend ist und sich der obere Deckel von dem Behälterdeckel ablöst, ist die gasdichte Eigenschaft des Entlüftungsventils verschlechtert.
Obwohl das Entlüftungsventil für alle Zellen vorgesehen ist, kann der obere Deckel in einer ausreichenden Größe ausgebildet sein, um die Entlüftungsventile von zwei oder mehreren Zellen abzudecken. In der Ausführungsform, die später beschrieben wird, wird ein einzelner oberer Deckel mit einer Länge von 128 mm, einer Breite von 33 mm, einer Dicke von 1,5 mm und einem Vorsprung der vorstehend erwähnten Größe für eine aus 6 Zellen zusammengesetzte Batterie verwendet.
Bei einer geschlossenen Bleisäure-Speicherbatterie mit der vorstehend erwähnten Konfiguration, verwendet die vorliegende Erfindung als Material für den Behälter das denaturierte PPE-Harz, das die flockige anorganische Substanz enthält, beispielsweise Glimmer, Talk oder dergleichen, und sie verwendet das ABS-Harz, welches keine vorstehend erwähnte anorganische flockige Substanz enthält, als Material für den Behälterdeckel zum Schließen des offenen Endes des Behälters und für den oberen Deckel zum Abdecken des Teils des Behälterdeckels, wo das Entlüftungsventil vorgesehen ist, wobei der obere Deckel mit dem Behälterdeckel mittels Ultraschallschweißens verbunden ist.
Wenn die flockige Substanz mit einer großen Oberfläche, beispielsweise Talk oder Glimmer, in dem Harzmaterial für den Behälterdeckel und den oberen Deckel enthalten ist, kann die Schwingungsenergie während des Ultraschallschweißens nicht effektiv in thermische Energie umgewandelt werden und so kann keine geeignete Bedingung für das beabsichtigte Schweißen erhalten werden. Es wird vermutet, dass der Grund hierfür in einem Verlust der Schwingungsenergie auf Grund der Umwandlung der Schwingungsenergie in thermische Energie liegt, der an der Grenzschicht des Harzes mit dem Glimmer oder dem Talk bewirkt wird. Das Phänomen ist besonders erkennbar bei derartigen flockigen Substanzen mit einer großen Oberfläche pro jeweiligen Volumen oder Gewicht wie Talk oder Glimmer.
In den folgenden Absätzen werden spezielle Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beispiel 1
Eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie mit einer Spannung von 12 V und einer Entladungsvermögen von 7,2 Ah bei einer 20 Stundenrate wurde verwendet. Die Batterie weist eine Länge von 151 mm, eine Breite von 64,5 mm und eine Höhe von 94 mm auf.
Durch Spritzgießen eines Harzmaterial, das durch Hinzufügen von schuppigen Flocken von Talk, welches ein Magnesium enthaltendes Silikatmineral ist, zu einer Polymermischung (Verhältnis der Gewichte: 40 zu 60) von PPE-Harz, Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)ether und Polystyrol mit einem Verhältnis von 10 Gew.-% vorbereitet wurde, wurde ein Behälter mit einer Wanddicke von 2,3 mm hergestellt. Ein Behälterdeckel und ein oberer Deckel wurden beide mit ABS-Harz gegossen. Der Talk, der hier verwendet wurde, war annähernd scheibenförmig und wies typischerweise eine Dicke von 0,5 μm und einen Durchmesser von 2,5 μm auf.
Der Behälter wurde mit dem Behälterdeckel mit einem Epoxid-Kunstharzkleber verbunden, und der obere Deckel wurde an dem Behälterdeckel mittels Ultraschallschweißens angesetzt. Das Ultraschallschweißen basiert auf dem Prinzip, dass durch Erzeugen einer starken Reibungswärme an einer Verbindung zwischen Oberflächen von zwei Komponenten, d. h. in diesem Beispiel: zwischen dem Behälterdeckel und dem oberen Deckel, die Schwingungsenergie der Ultraschallwelle in die thermische Energie umgewandelt wird, die Harze durch die erzeugte Hitze geschmolzen und miteinander verschweißt werden.
Die Bedingung, die bei diesem Ultraschallschweißen verwendet wird, ist die gleiche, die üblicherweise im Fall des Schweißens von Komponenten aus ABS-Harz verwendet werden, d. h. ein Druck von 1,0 bis 1,5 kg/cm² und eine Schweißdauer von 0,3 Sekunde.
Die geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie, die gemäß diesem Beispiel hergestellt wurde, wird Batterie "a" genannt.
Vergleichsbeispiele
Batterie "b" wurde durch Konfigurieren aller, des Behälters, des Behälterdeckels und des oberen Deckels aus dem Material hergestellt, welches das Gleiche ist, das für den Behälter der Batterie "a" aus Beispiel 1 verwendet wurde, d. h. die Polymermischung aus dem Polyphenylen-Ether-Harz und dem Styrol-Harz, die Talk von 10 Gew.-% enthält, während die Batterie "c" durch Konfigurieren aller, des Behälters, des Behälterdeckels und des oberen Deckels aus der gleichen Polymermischung frei von dem Talk hergestellt wurde.
Batterie "d" wurde durch Konfigurieren aller, des Behälters, des Behälterdeckels und des oberen Deckels aus dem Material des ABS-Harzes hergestellt, das Talk von 10 Gew.-% enthält, während Batterie "e" durch Konfigurieren mit dem Behälter aus dem vorstehend erwähnten Material, aber mittels Konfigurierens des Behälterdeckels und des oberen Deckels aus dem Material des ABS-Harzes hergestellt wurde, das keinen Talk enthält. Ferner wurde Batterie "f" durch Konfigurieren aller, des Behälters, des Behälterdeckels und des oberen Deckels aus dem Material des ABS-Harzes hergestellt, das keinen Talk enthält.
Bei den Vergleichsbeispielen wurden die Behälterdeckel mit den entsprechenden oberen Deckeln mittels Ultraschallschweißens unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 verbunden.
Jede der Batterien, die hergestellt wurde, wurde getestet, um die geschweißte Festigkeit zu bewerten durch Ziehen des oberen Deckels mit einer Kraft von 10 kgw, um diesen von dem Behälterdeckel zu trennen; keine Abtrennung des oberen Deckels von dem Behälterdeckel wurde als zulässiges Schweißen und die Trennung des oberen Deckels von dem Behälterdeckel als schlechtes Schweißen definiert. Die Ergebnisse für die Batterien "a" bis "f" (jeweils 50 Stück) sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Wie deutlich in Tabelle 1 gezeigt wird, ist zu erkennen, dass die oberen Deckel mit den Behälterdeckel mit einer ausreichenden Festigkeit bei des Batterie "a" des Beispiels 1 und bei den Batterien "e" und "f" der Vergleichsbeispiele verbunden sind, deren Behälterdeckel und oberen Deckel aus einem ABS-Harz ausgebildet sind, das keinen Talk enthält. Bei Batterie "b" ist der Behälterdeckel kaum mit dem oberen Deckel verbunden, der aus der vorstehend erwähnten Polymermischung ausgebildet wurde, die 10 Gew.-% Talk enthält. Als ein Ergebnis der Tests, die durch Verändern der Schweißbedingungen durchgeführt wurden, ist es schwer, geeignete Schweißbedingungen für die vorstehend erwähnte Polymermischung heraus zu finden, die Talk enthält.
Bei der Batterie "c", die unter Verwendung der vorstehend erwähnten Polymermischung konfiguriert wurde, die keinen Talk für den Behälterdeckel und den oberen Deckel enthält, wurde heraus gefunden, dass das Schweißen des oberen Deckels mit dem Behälterdeckel durch Eingrenzen der Bedingung auf einen schmalen Bereich möglich ist. Da das Schweißen eine größere Ausgabe der Ultraschallwelle als die erfordert, die für das ABS-Harz notwendig ist, ist jedoch die Verwendung der Polymermischung anscheinend unvorteilhaft im Vergleich zum Fall der Verwendung des ABS-Harzes aus Sicht des Herstellens. Im Fall des ABS-Harzes ist es ebenfalls schwierig, die Komponenten mit einer ausreichenden Festigkeit zu schweißen, wenn das Harz Talk enthält.
Anschließend wurden Tests der Pufferlebensdauer mit den vorstehend erwähnten Batterien "a", "b", "c" und "f" in einer Umgebung von 60°C durchgeführt. Die Bedingungen für die Tests waren eine kontinuierliche Ladung mit einer konstanten Spannung von 13,80 ± 0,1 V, wobei die Entladestromstärke für 3 Wochen überprüft wurde. Die Pufferlebensdauer wurde durch die Entladestromstärke bestimmt, die 50% unter der anfänglichen Entladestromstärke bei einer Entladung mit einem Strom von 3,0 CA erreicht, bis die Anschlussspannung auf 9,6 V abfällt.
Da die Batterien häufig in einem kontinuierlichen Ladezustand sind, nachdem die Entladestromstärke unter 50% der anfänglichen Entladestromstärke in der Praxis abfällt, wurde zusätzlich der Test der Pufferlebensdauer für weitere drei Wochen nach dem Ende der Pufferlebenszeit fortgesetzt. Die Ergebnisse davon sind in 5 gezeigt. Jeweils fünf Stück der Batterien wurden dem Test unterworfen, und deren Mittelwerte, Maximalwerte und Minimalwerte sind in dem Diagramm der 5 eingetragen.
Aus der 5 ist zu erkennen, dass die Batterie "a" der vorliegenden Erfindung und die Batterie "b" des Vergleichsbeispiels im Wesentlichen die äquivalente Pufferlebensdauer aufweisen, und beide zeigen eine geringe Abnahme bei der Menge der Elektrolyte im Vergleich mit den Batterien "c" und "f" der Vergleichsbeispiele, deren Behälter keinen Talk enthalten, und deshalb wurde festgestellt, dass sie hervorragende Eigenschaften der Pufferlebensdauer aufweisen. Die Batterie "b" des Vergleichsbeispiels zeigt jedoch nach dem Ende der Pufferlebensdauer eine abrupte Abnahme bei der Menge des Elektrolyts. Bei einigen der Batterien "b" wurde der geschweißte Teil zwischen dem Behälterdeckel und dem oberen Deckel teilweise beschädigt und die abrupte Abnahme bei der Entladestromstärke und bei dem Elektrolyte wird auf Grund der verschlechterten gasdichten Eigenschaft des Entlüftungsventils an dem beschädigten Teil vermutet.
Beispiel 2
Durch Hinzufügen von Talk zu dem denaturierten Polyphenylen-Ether-Harz, das im Beispiel 1 verwendet wurde, mit verschiedenen Proportionen und durch Spritzgießen der zugefügten Harze wurden Teststücke für den Izot-Schlagfestigkeitstest hergestellt. Die Izot-Schlagfestigkeitstests wurden mit diesen Teststücken in Übereinstimmung mit der JIS-K7110 durchgeführt. Die Ergebnisse davon sind in dem Diagramm der 6 dargestellt. Wie aus der
6 entnommen werden kann, nimmt die Schlagfestigkeit der Harzproben graduell mit dem hinzugefügten Anteil von Talk ab, und wenn er 15 Gew.-% erreicht, verschlechtert sich die Izot-Schlagfestigkeit außerordentlich. Der Grund dafür ist, dass das PPE-Harz unfähig wird, seine absolute Festigkeit durch das Steigern der hinzugefügten Menge von Talk zu erhalten. Im Übrigen beträgt die Izot-Schlagfestigkeit von ABS-Harz, das Talk mit 10 Gew.-% enthält, 5 kg cm/cm², was geringer ist als die von PPE-Harz.
Beispiel 3
Unter Verwendung des Materials vom Beispiel 2 wurden ein Behälter und ein Behälterdeckel mit der gleichen Konfiguration wie Beispiel 1 hergestellt. Nach dem Verbinden der beiden mit dem Klebstoff wurden 70 cc/Zelle destilliertes Wasser in jede der Zellen durch die Einlassöffnung eingespritzt und die Einlassöffnung wurde abgedichtet, so dass das destillierte Wasser nicht aus dem Behälter auslaufen kann. Jede der Behälter/Behälterdeckel-Zusammensetzung wurde unbeweglich unter einer Umgebung von einer konstanten Temperatur von 75°C und einer konstanten Feuchtigkeit von 30 ± 10% für zwei Monate hingestellt und die Abnahmen bei ihren Gewichten wurden gemessen. Die Ergebnisse davon sind ebenfalls im Diagramm der 6 gezeigt. Wie deutlich in der 6 gezeigt ist, nimmt die Menge der Wasserübertragung durch die Behälter/Behälterdeckel-Zusammensetzung extrem ab, wenn Talk mit 5 Gew.-% hinzugefügt ist, und es wird ein Effekt erkannt, dass, wenn der hinzugefügte Anteil weiter gesteigert wird, eine proportionale Abnahme bei der Menge der Wasserübertragung erwartet wird. Dies wird vermutet auf Grund der Tatsache, dass, da sich das schuppige Talk entlang des Harzflusses während des Spritzprozesses des Harzes ausrichtet, der Weg der Wasserübertragung kompliziert wird und die Übertragung des Wasser unterdrückt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie mit einem geringen Austritt von Wasser von der Innenseite der Batterie und deshalb mit einer langen Pufferlebensdauer bereit zu stellen. Es ist ebenfalls möglich, eine geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie mit einer verbesserten Betriebssicherheit bereit zu stellen, die durch eine große Festigkeit der mit Ultraschallwellen geschweißten Teils zwischen dem Behälterdeckel und dem oberen Deckel erhalten wird, der den Teil des Behälterdeckels bedeckt, an dem das Entlüftungsventil vorgesehen ist.
Es ist klar, dass verschiedene Modifikationen offensichtlich sind und ohne weiteres durch Fachleute vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Folglich ist nicht beabsichtigt, dass der Umfang der Ansprüche, die hier angehängt sind, auf die hier bekannt gemachte Beschreibung begrenzt wird, sondern vielmehr, dass die Ansprüche so ausgelegt werden, alle Merkmale von patentfähiger Neuheit einzuschließen, die der vorliegenden Erfindung innewohnen, einschließlich aller Merkmale, die als deren Äquivalente von Fachleuten betrachtet werden, zu deren Technik diese Erfindung gehört.

Claims

Geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie umfassend – einen Behälter zum Aufnehmen einer Elektrodengruppe, – einen Behälterdeckel zum Verschliessen eines offenen Endes des Behälters durch verbunden sein mit dem offenen Ende des Behälters durch einen Kunstharzklebstoff, und – einen oberen Deckel zum Bedecken eines Teils des Behälterdeckels, wo ein Entlüftungsventil vorgesehen ist, durch verbunden sein mit dem Behälterdeckel mittels Ultraschallschweissens, – wobei der Behälter aus einem denaturierten Polyphenylen-Ether-Harz enthaltend eine flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, gebildet ist, und der Behälterdeckel und der obere Deckel aus einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz enthaltend keine flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, gebildet ist, – wobei der obere Deckel teilweise mit dem Behälterdeckel verbunden ist, um so Spalten zum Austreten von Gas zwischen dem oberen Deckel und dem Behälterdeckel zu bilden.
Geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie nach Anspruch 1, wobei der obere Deckel das Entlüftungsventil drückt.
Geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die flockige anorganische Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, wenigstens eine von Glimmer und Talk ist.
Geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehalt an dieser flockigen anorganischen Substanz mit der Eigenschaft, keine Feuchtigkeit zu übertragen, in dem Behälter 5 bis 15 Gew.-% ist.
Geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei das denaturierte Polyphenylen-Ether-Harz ein Polymergemisch eines Polyphenylen-Ether-Harzes und eines Polystyrol-Harzes ist.
Geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie nach Anspruch 5, wobei das Polymergemisch 30 bis 95 Gew.-% des Polyphenylen-Ether-Harzes und 70 bis 5 Gew.-% des Polystyrol-Harzes enthält.
Geschlossene Bleisäure-Speicherbatterie nach Anspruch 5, wobei das Polymergemisch 30 bis 80 Gew.-% des Polyphenylen-Ether-Harzes und 70 bis 20 Gew.-% des Polystyrol-Harzes enthält.