DE1246067B - Method and device for operating a hermetically sealed accumulator, in particular a lead accumulator - Google Patents
Method and device for operating a hermetically sealed accumulator, in particular a lead accumulatorInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
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Deutsche Kl.: 21b-23/01 German class: 21b-23/01
Nummer:Number:
Aktenzeichen: A 47230 VI b/21 bFile number: A 47230 VI b / 21 b
Anmeldetag: 1.-Ofteber 1964 Registration date: October 1, 1964
Auslegetag: 3. August 1967.Opened on August 3, 1967.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines hermetisch abgeschlossenen Akkumulators, insbesondere Bleiakkumulators, mit positiven und negativen Elektroden, einem flüssigen Elektrolyten und mit elektrolytdurchlässigen und gegenüber dem Elektrolyten beständigen Scheidern, bei welchem der Sauerstoff an die negativen Elektroden herangeleitet wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a hermetically sealed accumulator, in particular Lead accumulator, with positive and negative electrodes, a liquid electrolyte and with electrolyte-permeable and electrolyte-resistant separators, in which the Oxygen is supplied to the negative electrodes, as well as a device for performing the Procedure.
Hermetisch abgeschlossene Akkumulatoren sind bisher vor allem mit alkalischem Elektrolyten bekanntgeworden. Es wurden auch bereits Versuche angestellt, Bleiakkumulatoren mit verdünnter Schwefelsäure als Elektrolyt hermetisch abzuschließen, um den entwickelten Sauerstoff an die aktive Masse der negativen Elektrode heranzuführen. Man hat hierzu den negativen Elektroden eine größere Höhe als den positiven gegeben, so daß diese sich teilweise oberhalb der Elektrolytoberfläche befinden, während die positiven Elektroden stets ganz vom Elektrolyten bedeckt sind. Trotzdem ergaben sich große Schwierigkeiten, den entwickelten Sauerstoff in eine hinreichende Berührung mit der aktiven Masse der negativen Elektroden zu bringen.Hermetically sealed accumulators have so far become known primarily with alkaline electrolytes. Attempts have also been made to use lead-acid batteries with dilute sulfuric acid as an electrolyte to hermetically seal the evolved oxygen to the active mass of the bring up the negative electrode. For this purpose, the negative electrodes have a greater height than given the positive, so that they are partially above the electrolyte surface while the positive electrodes are always completely covered by the electrolyte. Nevertheless, there were great difficulties the evolved oxygen in sufficient contact with the active mass of the bring negative electrodes.
Damit auch die über den Elektrolyten hinausragende aktive Masse der negativen Elektroden geladen werden und überhaupt am elektrochemischen Prozeß teilnehmen kann, muß diese wenigstens zeitweise vom Elektrolyten der Zelle bedeckt sein. Es wurde deshalb bereits bekannt, im unteren Teil der Zellen einen kompressiblen Körper, beispielsweise ein luftgefülltes Kissen, anzubringen, welches durch den in der Zelle ansteigenden Gasdruck zusammengedrückt wird. Mit dem entsprechend sinkenden Elektrolytniveau wird dann der obere Teil der einen Elektroden zunehmend freigelegt, so daß die entwickelten Gase mit den freigelegten Elektrodenteilen reagieren können.This also charges the active mass of the negative electrodes that protrudes above the electrolyte and can take part in the electrochemical process at all, this must at least temporarily be covered by the electrolyte of the cell. It was therefore already known in the lower part of the Cells to attach a compressible body, for example an air-filled cushion, which through the gas pressure increasing in the cell is compressed. With the correspondingly falling Electrolyte level, the upper part of one electrode is then increasingly exposed, so that the developed Gases can react with the exposed electrode parts.
Ein anderer bekannter Vorschlag geht dahin, die positive Elektrode innerhalb der negativen anzuordnen, die erfahrungsgemäß größer als die positive Elektrode sein soll und dann etwa kisten- oder schachteiförmig oder aber auch zylindrisch ausgebildet ist, wobei einzelne, übereinander geschichtete ringscheibenförmige Teile der negativen Elektrode an ihren Stirnflächen aufgerauht, geriffelt od. dgl. sind, damit der von der axialen positiven Elektrode entwickelte Sauerstoff, statt im Bereich des die Elektrode umgebenden Scheiders axial nach oben zu strömen, radial zwischen die einzelnen ringscheibenförmigen Teile der negativen Elektrode einströmen kann. Andere bekannte Maßnahmen zur Heranfüh-Verfahren und Vorrichtung zum BetriebAnother well-known proposal is to place the positive electrode inside the negative one, which experience has shown should be larger than the positive electrode and then about box or Is box-shaped or else cylindrical, with individual, layered one on top of the other Annular disk-shaped parts of the negative electrode roughened, corrugated or the like at their end faces. are so that the oxygen evolved from the axial positive electrode, instead of in the area of the Electrode surrounding separator to flow axially upwards, radially between the individual annular disk-shaped Parts of the negative electrode can flow in. Other known measures of pre-accession procedures and device for operation
eines hermetisch abgeschlossenen Akkumulators, insbesondere Bleiakkumulatorsa hermetically sealed accumulator, in particular a lead accumulator
Anmelder:Applicant:
Aktiebolaget Tudor, StockholmAktiebolaget Tudor, Stockholm
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. Strohschänk, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Strohschänk, patent attorney,
München-Pasing, Musäusstr. 5Munich-Pasing, Musäusstr. 5
Als Erfinder benannt:
Erik Gustav Sundberg,
Osbacken, NoI (Schweden)Named as inventor:
Erik Gustav Sundberg,
Osbacken, NoI (Sweden)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Schweden vom 9. Oktober 1963 (11053)Sweden 9 October 1963 (11053)
rung des an der positiven Elektrode entwickelten Sauerstoffs an die negative Elektrode betreffen noch stärker von den üblichen Elektrodenkonstruktionen abweichende Elektrodenkonstruktionen, haben aber trotzdem bisher zu keinem eindeutigen positiven Erfolg geführt.tion of the oxygen developed at the positive electrode to the negative electrode still concern Electrode constructions that differ more from the usual electrode constructions, but have nevertheless so far not led to a clear positive success.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei den eingangs genannten hermetisch abgeschlossenen Akkumulatoren eine zuverlässige Heranführung der entwickelten Sauerstoffgase an die negativen Elektroden zu gewährleisten.The invention is based on the object of the hermetically sealed accumulators mentioned at the outset a reliable supply of the developed oxygen gases to the negative electrodes to ensure.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Behälters entwickelter Sauerstoff vom oberhalb der Elektroden und der Scheider befindlichen Raum unter die negativen Elektroden so geleitet wird, daß er entlang deren Oberfläche aufsteigt.The object set is achieved according to the invention in that developed inside the container Oxygen from the space above the electrodes and separators below the negative ones Electrodes is directed so that it rises along their surface.
Hierdurch wird gewährleistet, daß der Sauerstoff tatsächlich an die Oberfläche der negativen Elektroden herangeführt und mit deren aktiver Masse, die bei der Ladung an und für sich reduziert wird, durch deren Oxydation gebunden wird. Die Maßnahme ist vor allem für solche Bleiakkumulatoren von Bedeutung, die ihres günstigen Leistungsgewichtes wegen in Kraftfahrzeugen verwendet werden, wo es häufig darauf ankommt, daß auf keinen Fall Gas aus den Akkumulatorzellen ausströmen kann. Auch wird bei solchen Akkumulatoren die Zellenspannung auf 2,4 VThis ensures that the oxygen actually reaches the surface of the negative electrodes brought up and with their active mass, which is reduced in and of itself during the charge whose oxidation is bound. The measure is particularly important for lead-acid batteries which are used because of their favorable power-to-weight ratio in motor vehicles, where it is common What matters is that under no circumstances can gas flow out of the accumulator cells. Also will be at such accumulators reduce the cell voltage to 2.4 V.
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begrenzt, weshalb in ihnen kein oder nur unbedeutend wenig Wasserstoff entwickelt wird.limited, which is why there is no or only insignificant in them little hydrogen is evolved.
Eine zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bestimmte erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch eine cintrittsseitig1 mit dem Raum oberhalb der Elektroden und der Scheider verbundene und austrittsseitig über entsprechende Kanäle unter die Unterkanten der negativen Elektroden führende Pumpenanordnung gekennzeichnet. Dabei kann die Pumpenanordnung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Membranpumpe aufweisen, deren Membran in der Behälterwand oder in der Dcckelwand des Akkumulators angeordnet ist.A device according to the invention intended for carrying out the aforementioned method is characterized by a pump arrangement connected on the entry side 1 to the space above the electrodes and the separator and on the exit side leading via corresponding channels under the lower edges of the negative electrodes. According to a further embodiment of the invention, the pump arrangement can have a diaphragm pump, the diaphragm of which is arranged in the container wall or in the cover wall of the accumulator.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen vor allem andere konstruktive Einzelheiten der Pumpenanordnung und des Pumpenantriebes.Further refinements of the invention relate primarily to other structural details of the pump arrangement and the pump drive.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand schematisch gehaltener Darstellungen beispielsweise veranschaulicht. Es zeigtIn the drawing, the invention is shown schematically by hand held representations illustrated, for example. It shows
F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Akkumulator in ao einem quer zu den Elektroden geführten lotrechten Schnitt,F i g. 1 shows an accumulator according to the invention in ao a perpendicular perpendicular to the electrodes Cut,
F i g. 2 einen gegenüber F i g. 1 abgewandelten Akkumulator in einem der Fig. I entsprechenden Tcilschnitt,F i g. 2 one opposite F i g. 1 modified accumulator in one of FIG Partial cut,
Fig. 3 einen weiterhin abgewandelten Akkumulator in einem der F i g. 2 entsprechenden Teilschnitt, und3 shows a further modified accumulator in one of the F i g. 2 corresponding partial section, and
F i g. 4 einen anders abgewandelten Akkumulator in einem gleichen Teilschnitt.F i g. 4 shows a differently modified accumulator in the same partial section.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind positive Elektroden 1 und negative Elektroden 2 mit dazwischen angeordneten, elektrolytdurchlässigcn und gegenüber dem Elektrolyten beständigen Scheidern 3 in einem Behälter 5 angeordnet, der in üblicher Weise mit einem flüssigen Elektrolyten 4 bis an die Oberseite der Elektroden gefüllt und durch einen Deckel 6 dicht verschlossen ist. Äußere Anschlüsse 7 und 8 sind in ebenfalls üblicher Weise als Polschrauben oder Polzapfen gasdicht durch den Deckel 6 oder die Behälterwand geführt.In the embodiment shown in FIG are positive electrodes 1 and negative electrodes 2 with electrolyte-permeable electrodes arranged between them and separators 3, which are resistant to the electrolyte, are arranged in a container 5, which is filled in the usual way with a liquid electrolyte 4 up to the top of the electrodes and is tightly closed by a cover 6. Outer connections 7 and 8 are also more common Way out as pole screws or pole pins gas-tight through the cover 6 or the container wall.
Zwischen den Elektroden gleicher Polarität bestehen nicht dargestellte elektrische Verbindungen, die in unterschiedlicher bekannter Weise ausgebildet sein können. Die Elektroden erstrecken sich Vorzugsweise nicht ganz bis zum Boden des Behälters 5, so daß unter den Elektroden in der aus F i g. 1 hervorgehenden Weise noch ein bestimmter Raum frei bleibt, der wenigstens teilweise, vorzugsweise jedoch bis zum Boden von den Scheidern 3 durchsetzt ist und vom Elektrolyten eingenommen wird.Electrical connections (not shown) exist between the electrodes of the same polarity. which can be designed in various known ways. The electrodes preferably extend not all the way to the bottom of the container 5, so that under the electrodes in the FIG. 1 emerging A certain space remains free, at least partially, but preferably is penetrated to the bottom of the separators 3 and is consumed by the electrolyte.
In dem oberhalb der Elektroden und oberhalb der Elektrolytobcrfläche 10 befindlichen, entsprechend groß bemessenen Raum 9 des Akkumulators ist eine Pumpeli angeordnet, durch welche das im Raum 9 angesammelte Gas durch einen austrittsseitig der Pumpe anschließenden und zu unteren Verteilerröhrcn 13 führenden Kanal 12 unter die negativen Elektroden 2 gefördert wird. Die in Fig. 1 dargestellte Pumpe 11 ist als Kreiselpumpe ausgebildet, deren (nicht dargestellter) Antrieb ebenfalls im Akkumulator angeordnet und an die Anschlüsse 7, 8 oder an zwei oder einige Elektroden angeschlossen ist.In the one above the electrodes and above the electrolyte surface 10, accordingly Large-sized space 9 of the accumulator is a Pumpeli arranged through which the in space 9 Accumulated gas through a distributor tube connected to the pump outlet and to the bottom 13 leading channel 12 under the negative electrodes 2 is promoted. The one shown in FIG Pump 11 is designed as a centrifugal pump whose drive (not shown) is also in the accumulator arranged and connected to the terminals 7, 8 or to two or some electrodes.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die ebenfalls im Akkumulator angeordnete Pumpe 11 a als Membranpumpe ausgebildet, deren Antrieb 14 jedoch außerhalb des Akkumulators liegt. Dabei ist die Membran 15 in einer Ausnehmung des Deckels 6 innerhalb der Deckelebene angeordnet, wodurch zugleich ein zuverlässiger gasdichter Abschluß zwischen dem außerhalb der Zelle befindlichen Antrieb 14 und den innerhalb der Zelle befindlichen Saug- und Druckventilen 16, 17 der Pumpe 11 α geschaffen ist.In the case of the one shown in FIG. 2, the pump 11a, which is also arranged in the accumulator , is designed as a diaphragm pump, the drive 14 of which, however, is located outside the accumulator. The membrane 15 is arranged in a recess of the cover 6 within the cover plane, which at the same time creates a reliable gas-tight seal between the drive 14 located outside the cell and the suction and pressure valves 16, 17 of the pump 11 located inside the cell.
Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 11 b ebenfalls als Membranpumpe ausgebildet, die hier jedoch im wesentlichen außerhalb des eigentlichen Akkumulators angeordnet ist. Lediglich das Saugventil 16 und das Druckventil sind in der Wandung des Deckels 6 angeordnet.In the case of the one shown in FIG. 3, the pump 11b is also designed as a diaphragm pump, which, however, is arranged here essentially outside the actual accumulator. Only the suction valve 16 and the pressure valve are arranged in the wall of the cover 6.
Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 11 c wiederum als Kreiselpumpe ausgebildet, ist hier jedoch gemeinsam mit ihrem Antrieb 14 α an der Außenseite des Deckels 6 angeordnet. In the case of the one shown in FIG. 4, the pump 11 c is again designed as a centrifugal pump, but is arranged here together with its drive 14 α on the outside of the cover 6.
Nachdem erfahrungsgemäß infolge nicht ganz geklärter Nebenwirkungen auch bei Bleiakkumulatoren mit einer Aufladung bis zu 2,4 V mit einer gewissen Wasserstoffgasentwicklung gerechnet werden muß, können schließlich innerhalb des Gasstromes noch an sich bekannte Katalysatoren für flammenlose Verbrennung von Sauerstoff-Wasserstoff angeordnet werden. Solche Katalysatoren bestehen vorzugsweise aus porösen Körpern, z. B. gasdurchlässigen Membranen aus Platin oder Palladium oder aus einer Legierung oder Mischung dieser Metalle.After experience, as a result of side effects that have not been fully clarified, also with lead-acid batteries With a charge of up to 2.4 V, a certain amount of hydrogen gas development must be expected, Finally, within the gas stream, known catalysts for flameless combustion can also be used of oxygen-hydrogen can be arranged. Such catalysts preferably exist from porous bodies, e.g. B. gas-permeable membranes made of platinum or palladium or from a Alloy or mixture of these metals.
Die verwendeten Pumpen können auch anders ausgebildet und anders als in den Ausführungsbeispielen dargestellt angeordnet sein.The pumps used can also be designed differently and differently than in the exemplary embodiments be arranged shown.
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