DE3539167A1

DE3539167A1 - Einrichtung zur automatischen wasserbefuellung der zellen von elektrobatterien

Info

Publication number: DE3539167A1
Application number: DE19853539167
Authority: DE
Inventors: Helmut 3172 Isenbüttel Launhardt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1985-11-05
Publication date: 1986-05-28

Description

Einrichtung zur automatischen Wasser-
befüllung der Zellen von Elektrobatterien Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Wasserbefüllung der Zellen von Elektrobatterien, insbesondere für Traktionszwecke, Bei herkömmlichen, mit einem wässrigen Elektrolyten versehenen Zellen von Elektrobatterien muß insbesondere dann, wenn die Batterien wegen ihrer Heranziehung zu Traktionszwecken besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, relativ häufig ein Ersatz des durch Verdampfung verlorengegangenen Wasseranteils des Elektrolyten vorgenommen werden.
Diese Befüllung mit destilliertem Wasser erfolgt dadurch, daß die mit Wasserfüllstopfen versehenen Zellen der Batterien in Reihenschaltung an ein Wasserleitungssystem angeschlossen werden, so daß alle Zellen gleichzeitig befüllt werden können. In dem Stopfen sind im allgemeinen durch Schwimmer betätigbare Ventilkörper angeordnet, die bei Erreichen des maximalen Füllstandes der Zelle in Schließstellung gelangen und dann die weitere Befüllung verhindern. Diese Füllstopfen müssen nun so ausgebildet sein, daß sie einerseits die automatische Befüllung der Zellen ohne größeren zusätzlichen Betätigungsaufwand ermöglichen; darüberhinaus müssen sie jedoch auch das Entweichen des insbesondere während des Ladevorgangs entstehenden Gemisches aus Wasserstoff und Sauerstoff aus den Zellen in das Leitungssystem verhindern. Diese Forderungen haben zu Systemen geführt, die zum einen relativ aufwendig sind und zum anderen durch Verwendung von Wassertaschen und Schleusenkammern die Gefahr des Ausfalls insbesondere in den Fällen verursachen, in denen derartige Batterien bei ###s#ze##tcrat#ren gehalten werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, die zum einen einfach und betriebssicher aufgebaut ist und die zum anderen eine sichere Abdichtung des Leitungssystems gegen Gasaustritt aus den Zellen bietet und deren Funktion darüberhinaus nicht durch etwaige Eisbildung beim Aufenthalt in niedrigen Umgebungstemperaturen gefährdet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Erfindungsgemäß wird also die sichere Abdichtung der Wassereinfüllöffnung gegen Gasaustritt aus der Zelle dadurch erreicht, daß der Ventilkörper durch einen Magneten in der Schließstellung gehalten wird, und zwar auch dann, wenn der Elektrolytstand unter dem die Schließstellung des Ventilkörpers bewirkenden Maximal stand abgesunken ist. Zur Öffnung dieser Wassereinfüllöffnung wird dagegen über das Leitungssystem ein Druckimpuls aufgebracht, der die Haltekraft des Magneten überwindet und dadurch den Ventilkörper in seine Öffnungsstellung fallen läßt, bei der dann die Zelle befüllt werden kann.
Zweckmäßigerweise soll der Ventilkörper unmittelbar durch den Schwimmer gebildet sein, der in der Schließstellung mit einer Dichtfläche gegen einen im Bereich der Wassereinfüllöffnung angeordneten Dichtring zur dichtenden Anlage kommt. Zusammen mit weiteren, in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen wird ein sehr einfacher Aufbau des Füllstopfens erreicht, der eine sichere Dichtung gegen Gasaustritt sowie eine einwandfreie Funktion bei der Befüllung gewährleistet.
In der Zeichnung ist anhand eines Längsschnittes durch einen Füllstpfen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. In der Zeichnung ist der Füllstopfen insgesamt mit 1 bezeichnet, der aus einem etwa rohrförmigen Gehäuse 2 besteht, das unter Zwischenschaltung eines O-Ringes 30 in einer hier nicht weiter dargestellten Zelle einer Elektrobatterie gehalten ist, die beispielsweise als Traktionsbatterie in einem Elektrofahrzeug verwendet wird. In dem rohrfvirziger, vorzugsweise aus Kunststoff bestehendem Gehäuse 2 ist ein im wesentlichen als zyi#rdrischer Hohlkörper ausgebildeter Schwimmer 3 vertikal verstellbar gehalten. Dieser Schwimmer-Ventilkörper 3 weist an seinem vertikal oberen Ende eine konische Dichtfläche 4 auf, die in der mit unterbrochenen Linien angedeuteten Schließstellung gegen einen eine Wassereinfüllöffnung 6 begrenzenden, in dem Gehäuse 2 gehaltenen lippenartigen Dichtring 5 zur Anlage kommt. Mit ausgezogenen Linien ist der Schwimmer-Ventilkörper 3 in seiner Öffnungsstellung dargestellt, in der er mit einer Haltenase 27 an einem auch der zentrischen Führung dienenden Anschlag 26 des Gehäuses 2 anliegt. Mit 25 sind weitere, an dem Umfang des rohrförmigen Gehäuses 2 angeordnete Führungselemente angedeutet.
An der Oberseite des Schwimmer-Ventilkörpers 3 ist in einer Ausnehmung 28 ein schirmartiges Halteelement 7 durch Verklebung oder Verschwei-Bung befestigt, das an seinem oberen, tellerartigen Teil 8 eine aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise Eisen, bestehende Platte 9 aufweist, die in der Schließstellung des Schwimmer-Ventikörpers 3 in den Wirkungsbereich eines mit 10 bezeichneten Magneten kommt. Das Halteelement 7 könnte aber auch ohne weiteres als einstückig mit dem Schwimmer-Ventilkörper 3 verbundenes Teil ausgebildet sein.
Der Permanentmagnet 10 ist mittels einer Andrucksoheibe 13 und einem Befestigungselement 14 an einer elastischen, vorzugsweise transparenten Membran 11 befestigt, deren äußerer Rand von einem mit 12 bezeichneten Deckel unter Zwischenschaltung einer Dichtung 24 und einer den Magneten 10 haltenden und zentrierenden Distanzscheibe 15 am Oberteil 22 des Gehäuses 2 befestigt ist. Dabei ist der kuppelartig geformte Deckel 12 mit einer Schraubfassung 21 auf einem Befestigungsgewinde 23 des Gehäuseoberteils 22 gehalten. Anstelle einer Verschraubung kann hier auch ein Bajonettverschluß oder dgl. vorgesehen sein. Außerdem könnte der Permanentmagnet 10 auch in einer durch eine Folie gebildeten Membran eingeschweißt sein, wobei dann die Teile 13 und 14 entfallen könnten.
Zur zentrierten Aufnahme des Magneten 10 weist die Distanzscheibe 15 eine konische Öffnung 17 auf, die hier zentrisch angeordnet ist. An der Distanzscheibe 15 können noch fensterartige Öffnungen 16 vorgesehen sein, die einer 3lick durch etrecende Cffnungen in dem Deckel 12 und die transparente Membran 11 auf die beispielsweise mit einer e.-itsprechenden Einfärbung versehene Oberfläche 8a des tellerförmigen Teils 8 des Halteelements 7 ermöglichen. Auf diese Weise kann eine Sichtkontrolle der SchlieSposition des Füllstopfens 1 durchgeführt werden.
Mit 18 ist ein in dem Gehäuse 2 zwischen der Distanzscheibe 15 und der Wassereinfüllöffnung 5 angeordneter Druckraum bezeichnet, der über Gehäuseanschlußstutzen 19 mit einem Schlauchleitungssystem 29 zur Zuführung von destilliertem Wasser zum Befüllen der Zellen sowie zur Beaufschlagung mit einem Druckimpuls zum Öffnen des Füllstopfens verbunden ist.
21 stellen noch in dem rohrförmigen Gehause 2 angeordnete, sehr eng kalibrierte Belüftungsleitungen dar, über die die Zelle belüftet werden kann.
Wie bereits erwähnt, ist in der Zeichnung der Schwimmer-Ventilkörper 3 mit ausgezogenen Linien in seiner Offnungs- und mit unterbrochenen Linien in seiner Schließposition gezeichnet. In letzterer wird er durch den Permanentmagneten 10 so gehalten, daß die konische Dichtfläche 4 gegen den lippenförmigen Dichtring 5 zur Anlage kommt und die Wassereinfüllöffnung 6 gasdicht verschlossen ist. Um nun eine Befüllung der Zellen mit destilliertem Wasser durchführen zu können, muß zunächst über das Leitungssystem 29 ein Druckimpuls, beispielsweise durch Druckluft, aufgebracht werden. Dieser Druckimpuls belastet den Schwimmer-Ventilkörper 3 auf einer Fläche, die dem Querschnitt der Wassereinfüllöffnung 6 entspricht, und versucht, diesen in die mit ausgezogenen Linien eingezeichnete Öffnungsposition zu verstellen. Gleichzeitig wird durch den Druckimpuls auch der an der elastischen Membran 11 aufgehängte Magnet 10 belastet, wobei hier als Wirkfläche die gesamte Fläche der elastischen Membran 11 einsetzbar ist. Der Druckimpuls muß nun so groß sein, daß er die Haltekraft des Magneten 10 überwindet und diesen in die mit unterbrochenen Linien angedeutete Position, also gerade entgegengesetzt zur Verstellung des Schwimmer-Ventilkörpers 3 verstellt.
Gegebenenfalls kann dieser Vorgang des Lösens des Magneten 10 von der Platte 9 noch dadurch verbessert werden, daß der Magnet 10 exzentrisch an der Membran 11 angebracht ist, so daß durch den auf die Membran wirkenden Druckimpuls ein Kippmoment auf den Magneten ausgeübt wird.
Nach Absetzen des Druckimpulses nimmt der Magnet 10 dann wieder die mit ausgezogenen Linien eingezeichnete Ruhestellung ein, in der er in der Öffnung 17 der Distanzscheibe 15 zentriert gehalten wird. Ist der Elektrolytstand der jeweiligen Zelle so abgefallen, daß der Schwimmer-Ventilkörper 3 deutlich unterhalb seiner Schließstellung gehalten wird, dann befindet sich die Eisenplatte 9 nach der Öffnung des Schwimmerventilkörpers 3 genügend weit von dem Magneten 10 entfernt, so daß dieser den Ventilkörper nicht mehr in seine Schließstellung ziehen kann und eine Befüllung der Zelle mit über das Leitungssystem 29 zugeführten, destilliertem Wasser möglich ist. Die Befüllung wird dabei durch Ansaugen von destilliertem Wasser aus einem Vorratsbehälter, in dem ein Ende des Leitungssystems 29 eingehängt ist, während an dem anderen Ende von einer Pumpe ein Unterdruck erzeugt wird, durchgeführt und so lange fortgesetzt, bis die von dem Elektrolytstand in der jeweiligen Zelle getragenen Schwimmer-Ventilkörper 3 wieder ihre Schließstellung erreichen, in der sie eine weitere Befüllung der Zellen unterbrechen und von dem Magneten 10 bis zum nächsten Befüllvorgang mit vorausgehendem Druckluft impuls gehalten werden.
Der dargestellte Füllstopfen 1 ist sehr einfach, nämlich aus nur sehr wenigen Teilen aufgebaut, verschließt die Wassereinfüllöffnung 6 sicher und anhaltend gegen Gasaustritt aus der Zelle und ermöglicht einen problemlosen Befüllvorgang,in dem über das angeschlossene Leitungssystem zunächst ein die Öffnung bewirkender Druckimpuls aufgebracht wird. Die Gefahr des Vereisens des Füllstopfens wird weitgehend durch das Fehlen von Wassertaschen und -schleusen zur Aufrechterhaltung der Dichtung vermieden.
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Claims

AN S# RÜ GRE 1. Einrichtung zur automatischen Wasserbefüllung der Zellen von Elektrobatterien, insbesondere für Traktionszwecke, mit jeweils wenigstens einem åeder Zelle zugeordneten Fullstopfen, der an ein zur Wasserbefüllurgvorgesehenes Leitungssystem in Reihe anschließbar ist und der einen eine jeder Zelle zugeordnete Wassereinfüllöffnung verschließenden, durch einen Schwimmer betätigten Ventilkörper aufweist, dadurch gekennaeichnet, daß ein den Ventilkörper (3) in der Schließstellung haltender Magnet erst (10) vorgesehen ist, dessen Haltekraft so bemessen ist, daß/ein über das Leitungssystem (19) aufbringbarer Druckimpuls die Ventilöffnung bewirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (3) unmittelbar durch den Schwimmer gebildet ist, der in der Schließstellung mit einer Dichtfläche (4) gegen einen im Bereich der Wassereinfüllöffnung (6) angeordneten Dichtring (5) zur dichtenden Anlage kommt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (10) unter dem Einfluß des Druckimpulses relativ zum Ventilkörper (3) verstellbar gehalten ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (10) an einer durch Druckbeaufschlagung verstellbaren Membran (11) befestigt ist, die in einem oberhalb des Venfilkörpers (3) angeordneten Decke (12) des ullstopfens (i) gehalten ist, und daß ein den Magneten in der Ruhestellung fixierendes Halteelement (15) vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Deckel (12) des Fullstutzens (1) und der Wassereinfüllöffnung (6) ein mit dem Leitungssystem (29) über Anschlußstutzen (19) verbindbarer Druckraum (18) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (3) einen Stempel (7) aufweist, der in der Schließstellung des Ventilkörpers mit einem magnetisierbaren Teil (9) durch den Druckraum (18) in den Wirkungsbereich des Magneten (10) ragt.