ITMI950229A1 - Batteria di accumulatori a piu' celle - Google Patents

Abstract

Una batteria di accumulatori a più celle, in particolare del tipo nichel/idruro, è dotata di dispositivi di limitazione della pressione contro il pericolo di elevate pressioni interne, i quali intervengono con variazione di forma meccanica o distruzione per una pressione critica prestabilita, e segnalano questo evento per via ottica o elettrica ad un dispositivo di sorveglianza. Per esempio, un coperchio di cella (7) supportato da una articolazione (8), alla rottura del disco di scoppio (3) si apre di scatto e interrompe un raggio luminoso (10). In un'altra forma di esecuzione, dischi di scoppio rivestiti di una vernice conduttiva e collegati tramite reofori formano un circuito di misura di conduttività sopra le celle della batteria, la cui interruzione per danneggiamento dello strato di vernice di una membrana di scoppio genera un segnale elettrico.

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

L'invenzione riguarda una batteria di accumulatori con una molteplicità di celle normalmente chiuse a tenuta di gas, le quali presentano ciascuna un dispositivo di limitazione della pressione che interviene al superamento di una pressione interna prestabilita.

Nelle celle di accumulatori a tenuta di gas intervengono, in caso di carica eccessiva o carica con correnti troppo elevate, e inoltre anche dopo una inversione di polarità, elevate pressioni di gas interne, che alla fine possono dar luogo allo scoppio di tali celle. Per fronteggiare le sovrapressioni e i rischi a ciò connessi nei riguardi della sicurezza si introducono negli accumulatori più piccoli punti di indebolimento, cosiddetti punti di invito a rottura nel contenitore, mentre negli accumulatori più grossi si utilizzano valvole di scarico della pressione o dischi antiscoppio.

Un campo di impiego preferito dell'invenzione è quello delle celle prismatiche a nichel/idruro, in particolare nei moduli di batterie che sono composti da celle di tale tipo e sono stati sviluppati fra l'altro come sorgente di azionamento per veicoli elettrici stradali.

Le celle prismatiche a nichel/idruro hanno a confronto delle celle circolari il vantaggio di una maggior economia di spazio, ma frequentemente difettano della necessaria stabilità di forma al manifestarsi di pressioni di gas più elevate in condizioni estreme di funzionamento. Evitare deformazioni del contenitore delle celle mediante tempestivo scarico del gas o forzamento di un disco antiscoppio è in questo caso particolarmente importante.

Il rigonfiamento va per lo più di pari passo con altre alterazione della cella, come per esempio riscaldamento, scarti di tensione in meno sotto carico, in più durante la carica ecc., per cui se il danno è corrispondentemente molto avanzato, e particolarmente se i fenomeni citati vengono trascurati in esercizio con la cella essiccata in ampia misura, viene raggiunto uno stato pericoloso. Essa può riempirsi con una miscela di gas infiammabile, può surriscaldarsi per effetto della quantità troppo scarsa di elettrolita, oppure si può creare un cortocircuito per cedimento del separatore, che provoca una accensione con esplosione e quindi distrugge la batteria.

Di regola ciò viene impedito dai suddetti dispositivi di limitazione della pressione, sebbene anch'essi presentino difetti, in quanto per esempio la valvola, anche se provvede ad una richiusura della cella e quindi ad un prolungamento della durata di funzionamento, non emette un chiaro segnale che indichi un danneggiamento della cella.

Spesso, inoltre, la resistenza fluidodinamica della valvola aperta è così grande che la sezione trasversale di apertura non è sufficiente per scaricare la sovrapressione. In caso di forte eccesso di carica da 10 x I5 a 20 x I5 senza limitazione della tensione l'aumento di pressione nella cella è così rapido che il gas generato non defluisce più abbastanza rapidamente attraverso la valvola di sovrapressione ed avviene lo scoppio del contenitore della cella.

In tal caso, si addice la sostituzione della valvola con un disco antiscoppio di semplice costruzione, più leggero ed anche più economico. Infatti, mentre la valvola, anche funzionando correttamente, a causa della emissione di gas non impedisce un danneggiamento peggiorativo della cella, nel caso dello scoppio di un disco antiscoppio il danno è così evidente che si provvede all'immediata sostituzione della cella.

In entrambi i casi, ossia con l'impiego di una valvola come pure con l'adozione di un disco antiscoppio, è importante che una perdita di gas venga segnalata.

Dal modello di utilità tedesco 6751613 è già noto un dispositivo di protezione da sovrapressioni accessibile al controllo diretto a vista, nel quale al di sopra di una vera e propria membrana di scoppio, che può venire distrutta mediante aghi di scoppio, una membrana a vista colorata,e quindi ben osservabile, protegge dall'atmosfera esterna. La membrana a vista presenta però una pressione di scoppio che è inferiore alla pressione di intervento della membrana di scoppio. Se quindi questa viene distrutta, ciò ha come conseguenza la brusca sollecitazione e distruzione anche della membrana a vista. Una immediata reazione a questo evento palese presuppone la costante vicinanza e attenzione di una persona addetta.

E' quindi scopo dell'invenzione indicare una batteria facilmente sorvegliabile con dispositivi integrati di protezione dalle sovrapressioni.

Lo scopo viene raggiunto secondo l'invenzione con una batteria di accumulatori come quella definita nella rivendicazione 1.

E' stato trovato che le variazioni di forma meccaniche dei dispositivi di protezione da sovrapressioni nell'istante del loro intervento, sia per rottura di una membrana antiscoppio, sia per il movimento di un pistone di valvola, sono fondamentalmente adatte ad evitare un accoppiamento, come fatto finora, delle protezione da sovrapressioni con un dispositivo di sorveglianza, il dispositivo di sorveglianza segnalando il disaccoppiamento con un segnale ottico o elettrico.

Con particolare vantaggio la variazione di forma può venire utilizzata per interrompere un collegamento elettricamente conduttivo o per spostare il percorso di un raggio luminoso che, similmente ad un relè fotoelettrico, si estende lungo i dispositivi di protezione da sovrapressioni disposti in fila. L'interruzione di un "circuito di segnalazione" di tale tipo fa quindi intervenire nel dispositivo di sorveglianza un segnale elettrico o ottico di guasto. L'intervento delle protezioni da sovrapressioni viene segnalato all'utente della batteria anche se la batteria è fuori dalla portata visiva, per esempio in un vano batterie chiuso.

Diverse forme di esecuzione pratiche dell'invenzione verrano meglio chiarite con riferimento ad alcune figure.

La figura 1 mostra una valvola a cerniera non richiudibile secondo l'invenzione.

La figura 2 mostra una valvola a sfera non richiudibile secondo l'invenzione.

La figura 3 mostra un disco antiscoppio secondo l'invenzione .

La figura 4 mostra una valvola di sovrapressione secondo l'invenzione.

La figura 5 mostra un'altra valvola di sovrapressione secondo l'invenzione.

La figura 6 mostra una valvola di sovrapressione in combinazione con una protezione antiscoppio secondo l'invenzione.

La figura 7 mostra un'altra forma di esecuzione del dispositivo di protezione da sovrapressioni secondo figura 6.

La figura 8 mostra un indicatore di interruzione secondo l'invenzione.

Secondo figura 1 l'apertura, formata da un tubo 1, di un coperchio di cella 2 è chiusa ermeticamente da un disco antiscoppio 3, che mediante un dado-di pressione 4 e una tenuta ad anello 5 viene premuto contro un alloggiamento 6. Direttamente al di sopra del bordo del tubo è appoggiato un coperchio 7, che presenta una articolazione 8 e mediante un bordo di apertura a scatto è fissato nella sua normale posizione di chiusura. Un raggio luminoso 10 passa sopra questa disposizione. Se al raggiungimento di una pressione interna prestabilita il disco antiscoppio si rompe, nello stesso tempo il coperchio si ribalta verso l'alto e intercetta il percorso del raggio luminoso.

Particolarmente vantaggiosa è la disposizione in batteria di una molteplicità di celle in fila, sopra le quali passa il raggio luminoso. Un tale fotocircuito può venire sorvegliato con un singolo sensore .

Cosi pure, un indicatore ottico di guasto è fornito dal dispositivo riprodotto in figura 2. In un alloggiamento 11 sopra l'apertura nel coperchio 2 di una cella una sfera 12 viene premuta mediante una molla di compressione 13 contro un labbro di tenuta 14 e così mantenuta in posizione di chiusura. In caso di superamento di una pressione interna prestabilita la sfera, il cui diametro è maggiore di quello del labbro di tenuta anulare, viene premuta attraverso quest'ultimo in una gabbia 15, per cui un raggio luminoso 10 passante attraverso la gabbia subisce una interruzione. La valvola a sfera rimane aperta in questo stato.

Secondo figura 3, una apertura di cella nel coperchio di cella 2 è chiusa mediante un disco antiscoppio 3 con il supporto aw itabile 16 e il suo elemento antagonista 17. Il disco antiscoppio è preferibilmente saldato a laser con il supporto e presenta sul suo lato superiore un rivestimento con una vernice conduttiva 18. Reofori 19 collegano lo strato di vernice con i dischi antiscoppio di celle contigue e con il dispositivo di sorveglianza. Una interruzione del circuito conduttivo a causa dello scoppio di un disco, che preferenzialmente scoppia lungo una zona di frattura A-A, genera nel dispositivo di sorveglianza un segnale elettrico, che richiede la rapida sostituzione della cella danneggiata.

Con l'impiego di una valvola a richiusura, a causa della variazione di forma molto piccola l'indicazione è talvolta problematica. Poiché però in questo caso la cella non deve venire sostituita subito, è sufficiente una indicazione ottica che avvenga in occasione della manutenzione della batteria .

La realizzazione tecnica di una tale indicazione è possibile secondo figura 4 con l'ausilio di una vernice protettiva, che si rompe con lo spostamento del pistone della valvola. La valvola 20 è qui supportata da un alloggiamento 21 nel coperchio 2 della cella.

Una intercapedine anulare perimetrale fra testa valvolare 22 e corpo valvolare 23 viene scavalcata da una vernice protettiva 24. Una zona di sigillatura di vernice spezzata indi.ca che la valvola è intervenuta.

Come alternativa alla vernice di sigillatura, secondo figura 5, la funzione di indicazione pud essere assunta da una membrana 25 tesa al di sopra della testa valvolare: se essa vi viene bombata e si solleva, ciò indica che attraverso la valvola è uscito gas.

Un'altra forma di esecuzione vantaggiosa della protezione da sovrapressioni secondo l'invenzione può infine essere costituita da una combinazione di disco antiscoppio e valvola. Questa combinazione è a sua volta collegabile con gli indicatori di stato sopra esposti .

Secondo figura 6, sul coperchio 2 di una cella prismatica a nichel/idruro è fissato un elemento tubolare di materia plastica 26, per esempio tramite una filettatura nell'elemento di protezione contro la rotazione 27. Questo tubo porta all'estremità superiore la valvola di sovrapressione 20. Essa presenta al di sopra della sua base con appiattimenti 28 e con l'alloggiamento per l'anello di guarnizione 29 una gola 30 estendentesi totalmente o parzialmente lungo il perimetro, che serve da zona di indebolimento per uno scoppio al raggiungimento di una pressione limite superiore. Finché questa pressione critica (per esempio di 4 bar) non viene raggiunta, la valvola di sovrapressione funzione alla pressione di lavoro prestabilita.

In questa disposizione è importante la funzione parallela della valvola e del dispositivo di scoppio: se soltanto una piccola quantità di gas deve sfuggire dalla cella, la valvola funziona e mantiene la cella ancora atta a funzionare. Soltanto se a causa di un grave maltrattamento o di un guasto grossolano la pressione sale rapidamente e una grande quantità di gas deve sfuggire dalla cella, la zona di scoppio interviene e libera un'ampia sezione trasversale.

Poiché una sorveglianza mediante teleindicazione può essere complicata a causa della corsa molto piccola delle valvole, di regola è più vantaggioso che la segnalazione diretta del mal funzionamento della batteria all'utente venga provocata dal disco antiscoppio. Perciò, la teleindicazione meccanica, elettrica o ottica deve essere collegata alla posizione del tubo, per esempio prestabilendo la direzione in cui il tubo insieme alla valvola si muove quando la zona indebolita si spezza. Secondo figura 7 la direzione in cui la parte di tubo si inclina sul lato è prestabilita da una articolazione 8. Pertanto viene interrotto per esempio un raggio luminoso 10 che passa sopra tutte le celle, e che segnala all'utente tramite un relè fotoelettrico il danno .

Come altro esempio di una protezione da sovrapressioni secondo l'invenzione verrà citato l'indicatore di interruzione riprodotto in figura 8. Esso contiene in un contenitore 32 montato sul coperchio 2 della cella e chiuso a tenuta ermetica rispetto all'interno della cella da una membrana 31 una molla di contatto 33 con braccio 34 nonché una molla di precompressione 36 fissata alla vite 35. Con 37 è indicato un foro di sfiato.

Mediante reofori 19, similmente all'esempio mostrato in figura 3, molti di tali indicatori di interruzione sono collegabili in un circuito <■ >di misura di resistenza. Al superamento di un valore di pressione critico, che in precedenza può venire scelto mediante taratura della forza elastica della molla di precompressione, il circuito di misura di resistenza viene interrotto e in tal modo viene segnalato all'apparecchio di misura che il funzionamento della batteria deve essere interrotto.

Con particolare vantaggio l'indicatore di interruzione sopra descritto può essere eseguito come valvola (non rappresentata). In tal caso, la molla di contatto 33 riposa anziché sulla membrana 31, che è eliminata, sulla superficie di una testa valvolare del tipo riprodotto nelle figure 4 e 5, la quale è guidata nel tubo del coperchio 2. La corsa di spostamento della testa valvolare in caso di fluttuazioni di pa ssione nella cella si traduce quindi in aperture e chiusure del circuito di misura.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Batteria di accumulatori con una molteplicità di celle normalmente chiuse a tenuta di gas, che presentano ciascuna una protezione da sovrapressioni che interviene al superamento di una pressione interna prestabilita, caratterizzata dal fatto che le protezioni da sovrapressioni con il loro intervento subiscono una variazione di forma meccanica di uno dei loro elementi strutturali e che esse sono accoppiate complessivamente con un dispositivo di sorveglianza, che reagisce per via ottica o elettrica alla variazione di forma.
2. 2) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le protezioni da sovrapressioni sono accoppiate mediante un raggio luminoso o un collegamento elettricamente conduttivo, e che interruzioni provocate da una variazione di forma meccanica danno luogo ad un segnale di disturbo nel dispositivo di sorveglianza.
3. 3) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la protezione da sovrapressioni è costituita da un disco antiscoppio (3) che si rompe per una pressione interna prestabilita e da un coperchio (7) inclinabile che per ribaltamento verso l'alto sposta il percorso di un raggio luminoso (10).
4. 4) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la protezione da sovrapressioni è formata da un contenitore a gabbia (11, 15) con sfera (12) in esso racchiusa, ove la sfera per una pressione interna prestabilita, contro la resistenza di un labbro di tenuta (14), è spostabile da una parte della gabbia ad un'altra parte (15), che giace nel percorso di un raggio di luce (10), e sposta il percorso della luce.
5. 5) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la protezione da sovrapressioni è costituita da un disco antiscoppio (3) con uno strato di vernice (18) elettricamente conduttiva applicata su di esso, la cui distruzione alla rottura del disco antiscoppio sotto una pressione interna prestabilita è rilevabile dal dispositivo di sorveglianza.
6. 6) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la protezione da sovrapressioni è formata da una valvola di sovrapressione (20) richiudibile con una sigillatura mediante una vernice protettiva (24), presente nello stato originale, che si rompe quando per la prima volta avviene un movimento relativo del pistone di valvola rispetto al corpo di valvola.
7. 7) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la protezione da sovrapressioni è formata da una valvola di sovrapressione (20) richiudibile, sopra la cui testa valvolare (22) è tesa una membrana (25), che assume una bombatura in caso di uscita di gas dalla valvola.
8. 8) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la protezione da sovrapressioni comprende un elemento di materia plastica (26) tubolare fissato sul coperchio della batteria, il cui tratto superiore alloggia una valvola di sovrapressione (20) e al di sotto della quale presenta una gola perimetrale (30) come zona di parete indebolita, che in corrispondenza di una pressione limite superante il limite di funzionamento della valvola di sovrapressione interviene e mediante scoppio libera una ampia sezione trasversale.
9. 9) Batteria di accumulatori secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che la direzione di inclinazione del tratto di tubo contenente la valvola di sovrapressione, il quale si distacca con lo scoppio della gola, può essere prestabilita da una articolazione (8), in modo che essa blocchi il percorso di un raggio luminoso (10) .