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Akkumulatorenbatterie für elektrisch betriebene Fahrzeuge Die Erfindung
betrifft eine Akkumulatorenbatterie für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit aus
elektrisch leitendem Material bestehenden Zellenbehältern. Die Erfindung dient dem
Zweck, den Bedarf einer derartigen Akkumulatorenhatterie an Wartung auf ein Mindestmaß
zu senken.
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Erfindungsgemäß werden bei einer Akku mulatorenbatterie mit aus elektrisch
leitendem Material bestehenden Zellenbehältern die Zellen mit Zwischenlagen aus
festem Isolierstoff dicht nebeneinander in einem flüssigkeitsdichten Batteriekasten
angeordnet und von einer isolierenden flüssigen oder halbflüssigen Masse bedeckt,
und ferner wird in Verbindung mit der Zellenbatterie eine zentrale Verteileranlage
für die in die Zellen der Batterie einzufüllenden Elektrolytflüssigkeit vorgesehen,
welche Verteileranlage einen in eine der Zellenzahl entsprechende Anzahl von Kammern
unterteilten Sammelbehälter und eine entsprechende Zahl von die Kammern mit je einer
Zelle der Batterie dauernd verbindenden Rohr- oder Schlauchleitungen umfaßt. Nur
durch diese Rohr oder Schlauchleitungen ist das Innere der Zellen, die in dem mit
einem flüssigen oder halbflüssigen Isolierstoff gefüllten Batteriekasten angeordnet
sind, mit der Umgebung des Batteriekastens verbunden.
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Die Einbettung der Zellen der Akkumulatorenbatterie in einen flüssigen
Isolierstoff hat den Vorteil, daß sich an den Zellwandungen keine Salzkrusten absetzen
können und daß die -dadurch bedingte Gefahr der vorzeitigen Entladung der Zellen
vermieden wird. Die erfindungsgemäß fernerhin vorgesehene zentrale Einfüllvorrichtung
ermöglicht die Nachfüllung von Wasser oder Elektralyt in die Zellen, ohne -daß die
Batterie aus dem mit flüssigem Isolierstoff gefüllten Batteriekasten herausgenommen
zu werden braucht. Hierdurch wird erreicht, daß der Batteriekasten ohne Nachteil
an einem verhältnismäßig schwierig zugänglichen Platz angeordnet sein kann, z. B.
unterhalb des Chassisrahmens der Fahrzeuge: Die. zentrale Verteileranlage für die
Nachfüllung von Wasser oder Elektrolyt kann dann an einem verhältnismäßig leicht
zugänglichen Platz angeordnet sein, und mir diese zentrale Nachfüllanlage bedarf
einer laufenden Überwachung, während ja die Zellen durch ihre Einbettung in einen
flüssigen Isolierstoff gegen Störungen geschützt sind und mit Hilfe der zentralen
Nachfüllanordnun
- die Nachfüllung ohne Heraus nahme der Zellen
aus dem Batteriekasten möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemälen Anordnung besteht darin.
daß infolge der Is:,-lierung der einzelnen Zellen gegeneinander mit Hilfe eines
flüssigen Isolierstoffes es möglich ist, die einzelnen Zellen dichter anzuordnen;
denn, wie schon erwähnt, wird ja durch den flüssigen Isolierstoff die Bildung von
leitenden Salzkrusten zwischen den Zellen verhindert. Man erreicht also, daß die
Volumenkapazität der Batterie vergrößert wird, was aus Ratimersparnisgründen sehr
erwünschtist.
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Für andere Zwecke, z. B. bei Hochspannungsbatterien mit offenen, aus
Glas o. dgl. bestehenden Zellenbehältern, ist es zwar an sich schon bekannt rvgl.
z. B. Patent 4.;; 999', die elektrischen Elemente in eine isolierende Flüssigkeit
einzutauchen, doch erfolgt dies in diesem Fall nicht zum Zwecke der Erhöhung der
Volumenkapazität, sondern ausschlielilich zur Erhöhung der Isolierfestigkeit. Ferner
ist bei Akkumulatorenbatterien mit metallischen Behältern schon vorgeschlagen worden,
die Zellen einzeln mit doppelten Behältern zu versehen und in die Zwischenräume
diese eine erstarrende Isoliermasse einzufüllen. Schließlich ist es auch schon bekannt,
die Volumenkapazität bei Bleiaklcumitl.atorcn durch besondere Ausführung der Zellen
selber zu erhöhen, und zwar in der Weise, daß man die eine der beiden Elektroden
jeder Zelle als dünnen Becher aus Blei ausführt, wobei dieser gleichzeitig als Zellenbehälter
benutzt wird; die erforderliche Festigkeit der Zellen wird dann durch Umgießen der
Zellen mit einer starren Isoliermass,- erreicht. Bei der Verwendung von doppelten
Behältern für die Zellen erzielt man überhaupt keine Erhöhung der Volumenkapazität
der Batterie, sondern diese wird durch die doppelten Zellenwandungen sogar erheblich
vermindert (vgl. z. B. die französische Patentschrift 4.2 2 14). Auch bei der zuletzt
erwähnten dünnen Ausbildung der Zellenbehälter unter Verwendung einer sie ausreichend
stützenden festen Isoliermasse ist die erzielte Erhöhung der Volumenkapazität nicht
sehr groß; denn zwischen den Zellen müssen verhältnismäßig grolle Zwischenräume
verbleiben, damit die aus Wachs oder Teer bestehende Isoliermasse in diese Zwischenräume
eingebracht werden kann, zumal es nicht möglich ist, die Masse zu diesem Zweck durch
Erhitzung dünnflüssig zu machen, weil die Hitze den Zellen schadet. Infolge dieser
großen Zwischenräume wird die Erhöhung der Volumenkapazität, die in diesem Fall
durch die besondere Ausbildung der Zellen erzielt wird, zum größten Teil wieder
kompensiert. Hinzu kommt, daß durch die festen Ver gußmassen der Schutz der einzelnen
Zeller bei weitem nicht so wirksam ist, denn äi den festen Vergußmassen entstehen
allmäh lieh Risse, in denen möglicherweise nicht nur Feuchtigkeitsansammlung, sondern
auch Salz krustenbildungen vorkommen können.
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Bei der erfindungsgemäßen Anoi-dnu,ng weiden durch die Einbettung
der Zellen in einci flüssigen Isolierstoff alle diese Nachteile vcimieden, und durch
die Vorsehung einer zen -tralen Nachfüllanordnung wird die Heraus nahme der Zellen
aus der Is.oliei-flüssiglzcii zum Zwecke der Nachfüllung unnötig. Hierir liegt ein
entscheidender Vorteil. gegenül)er solchen vorbekannten Anordnungen, bei denen zwar
eine zentrale Nachfüllvorrichtung vorgesehen ist (vgl.z. B. die amerikanische Patentschrift
t 684 276), die einzelnen Zellen aber nicht in eine Isolierflüssigkeit eingebettet
sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Alkkumulatorenbatterie werden nicht nur
zwischen den einzelnen Zellenbehältern dünne Scheiben aus isolierendem Material,
z. B. Hartgummi, angebracht, sondern auch zwischen den Zellenbehältern und den Wänden
des irmscliliel:,enden gemeinsamen Batteriekastens, dci- mit d^in flüssigen Isoliermittel
gefüllt ist.
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Als isolierende Flüssigkeit kann z. B. Paraffinöl verwendet werden.
Es läßt sich aber auch Vaseline oder -eine ?Mischung aus geschmolzenem Paraffin
und Paraftznöl oder eine andere halbflüssige Masse, die im kalten Zustand mindestens
die Weichheit von Vaseline besitzt, für diesen Zweck verwenden. Obwohl Mineralöle
sich für isolierende Flüssikeiten. ganz besonders eignen, können auch tierische
oder pflanzliche Öle für diesen Zweck benutzt werden. Unter normalen Umständen kommt
ja der Elektrolyt mit dem ü1 nicht in Berührung, wenn aber eine T'ndichtigkeit in
einer Zelle entsteht, so wird die ausfließende Lauge das tierische ochr pflanzliche
(1l verseifen, Lind an dieser Erscheinung kann dann eine etwaige Undichtinkeit erkannt
werden.
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Bei der erfindunsgemäßen Anordnung ist es ferner möglich,' die Zellen
gruppenweise mit einer als Preßvorrichtung dienenden gemeinsamen Hülse zusammenzuschließen,
die den Zweck hat, die Quellung der durch die einzelnen Zellenbehälter dicht umschlossenen
Elektrodensätze zu verhindern. Es ist zwar b#,-kannt, den Elektrodensatz einer alkalischen
Akkumulatorenbatteriezelle durch eine finit versteiften Stirnwänden oder Giebeln
ausnebildeten Preßhülse eng zu umschließen und dadurch die Quellung der positiven
Elektroden zu verhindern; hierdurch wird einerseits die spezifische Kapazität der
Zellen erhöht, und andererseits werden die Zellen
gegen mechanische
Erschütterung unempfindlicher, und ihre Lebensdauer wird größer. Bei der erfindungsgemäßen
Anordnung, in der die einzelnen Zellen in einen flüssigen Isolierstoff eingebettet
sind, kann dasselbe Ergebnis auf besonders einfache Weise erreicht «.erden, indem
mehrere Zellen, deren Elektr odensätze eng umschlossen sind, in eine gemeinsame
Preßhülse eingeklemmt werden.
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Die den Batteriekasten ausfüllende Flüssigkeit kann gegebenenfalls
zur Kühlung der Batterie verwendet werden. Zu diesem Zweck wird man dem Isolierstoff
mittels einer Pumpe eine Kreislaufbewegung erteilen und in diesen Kreislauf einen
Kühler einschalten.
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Die Erfindung soll an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erörtert
werden.
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Die Fig. r stellt schematisch im Schnitt eine erfindungsgemäße Anordnung
dar, bei der die einzelnen Zellen a. der Batterie unter Verwendung von zwischenliegenden
Scheiben c in einem gemeinsamen, mit einer isolierenden Flüssigkeit gefüllten Batteriekasten
b angeordnet sind. In die Zellen münden oben Rohrleitungen /t, die. zu den einzelnen
Kammern eines gemeinsamen, durch Trennwände in eine Anzahl von Kammern unterteilten
Sammelbehälters i führen. Der Sammelbehälter i ist beispielsweise
aus Hartgummi o. dgl. ausgeführt und evtl. mit einem oder mehreren Flüssigkeitsstandanzeigern
j versehen. Die Flüssigkeitsschicht in jeder Kammer kann durch eine Schutzschicht,
z. B. aus Mineralöl, bedeckt sein, um den Luftzutritt zu den Zellen zu verhindern.
Sollte der Flüssigkeitsspiegel in den Kammern des Sammelbehälters i so weit herabsinken,
daß Öl in die Zellen hineinkommt, so entsteht dadurch an und für sich kein Nachteil,
beim Nachfüllen von z. B. Wasser in die Kammern des Sammelbehälters i steigt das
0I wieder in die Kammern herauf und bildet dann dort wieder eine schützende Flüssigkeit,
die jedoch nicht das Entweichen der von den Zellen aufsteigenden Gase verhindert.
Diese Gase können auch direkt in die Luft entweichen, und zwar insbesondere, wenn
es sich um große Batterien handelt, durch besondere Entlüftungsvorrichtungen.
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Der Aufbau der Akkumulatorenbatterie selbst ergibt sich aus der Fig.
2. Die Zellena, deren Zellengefäße aus leitendem Material hergestellt sind, sind
in dem gemeinsamen z. B. aus Eisenblech bestehenden Kasten b untergebracht und voneinander
sowie von den Seiten und von dem Boden des Kastens durch Scheiben c aus isolierendem
Material, z. B. Hartgummi, isoliert. Die isolierenden Scheiben können zweckmäßigerweise
etwas geriffelt oder mit Absätzen versehen ausgeführt werden. Durch Löcher in dem
vorzugsweise aus Isoliermaterial bestehenden Deckel d des Batteriekastens ragen
die verlängerten Ventile oder Einfüllstutzen e der Zellen heraus, die zw eckmäßigerweise
gegen den Deckel abgedichtet sind. Diese Einfüllstutzen e sind mit den Zuleitungsrohren
h der zentralen Einfüllv-irrichtun:g verbunden. Die Kontaktverbindungen zwischen
den Zellen. sind zweckmäßig unterhalb des Deckels angeordnet, und nur die Verbindungen
an den beiden Endzellen sind durch Deckel herausgeführt. In dem Deckel ist zweckmäßig
eine Anordnung/ zum Einfüllen des flüssigen Isoliermittels, z. B. Cal, vorgesehen.
Die isolierende Flüssigkeit soll vorzugsweise den ganzen freien Raum innerhalb des
Batteriekastens ausfüllen, wenigstens aber etwas über die oberen Kanten der Zellen
reichen. Sie deckt also vollständig die Zellen und drängt auch in die Zwischenräume
zwischen diesen hinein, so daß die zwischenliegenden Schichten e mit ihr getränkt
«-erden.
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Wie ans der Fig. r ersichtlich, kann auch für eine Zirkulation des
flüssigen Isoliermittels Sorge getragen «erden. Diese Zirkulation wird mit Hilfe
der Pumpe l) bewirkt, und in die Rohrleitung tt ist ein Kühler a eingeschaltet,
so daß die zirkulierende Isolierflüssigkeit zur Kühlung der Batterie verwendet werden
kann. Für die Einfüllung des Isoliermittels dient die Einfüllvorrichtung L und für
das etwaige Ablassen der Ablauf in. Beide sind für gewöhnlich geschlossen. Der Sammelbehälter
i der zentralen Einfüllvorrichtung kann aus mehreren je eine oder mehrere Kammern
enthaltenden normalisierten Einheiten zusammengebaut werden; die Anzahl der Kammern
ist in jedem Fall der Zellenanzahl der Batterie angepa.ßt.
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Als Beispiel der Verwendungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen
Akkumulator.enbatterie, deren Zellen in ein flüssiges Isoliermittel eingebettet
sind und die eine zentrale Füllanordnung besitzt, sei auf die Fig. 3 bis 6 verwiesen.
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Bei elektrisch angetriebenen Kraftwagen, w :o die Batterie b unterhalb
des Fahrgestells angebracht ist, wie dies Fig.5 zeigt, kann die Füllzentrale i beispielsweise
unterhalb des Führersitzes angeordnet sein. Wenn die Batterie unterhalb des Führersitzes
angeordnet ist, kann die Füllzentrale i entweder, wie dies Fig.3 zeigt, unter der
Motorhaube vor der Führerkabine oder, wie dies Fig..l zeigt, unterhalb des Führersitzes
und oberhalb der Batterie ,angeordnet sein. Ein elektrisch angetriebener Eisenbahnwagen
kann die Füllzentrale i, wie in Fig. 6 dargestellt wird, neben dem Fahrschalter
oder, wenn eine geschlossene Führerkabine vorhanden ist, an der Wand hinter dem
Platz des Führers angeordnet sein.
In elektrischen Booten kann die
Füllzentrale zweckmäßig in einer besonderen, vorzugsweise mit Entlüftungsvorrichtung
versehenen Kammer angeordnet sein, wobei der Raum oberhalb der Batterie immer vollständig
gasfrei ist und für geeignete Zwecke ausgenutzt werden kann. Bei den in den Fig.
3 bis 6 beispielsi,eise gezeigten Anordnungen können sowohl die Zellenfüllzentrale
wie die Batterie fest verlegt werden, und sonst übliche Anordnungen zum Herausziehen
der Batterie zwecks Nachfüllens der Zellen oder zwecks Reinigung sind überflüssig.
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Wenn es vermieden werden soll, daß die von den Zellen abgehenden Gase
von der Füllzentrale direkt in die freie Luft entweichen, kann der Sammelbehälter
oben ab--geschlossen «-erden, und vom oberen Teil des Behälters können Rohrleitungen
oder Schläuche zu einer beliebigen Stelle geführt werden, an welcher die Gase ins
Freie austreten sollen.
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Für die einzelnen Elemente der beanspruchten Kombination wird hier
kein Schutz begehrt.