CH628757A5 - Roehrchenplatten fuer bleibatterien. - Google Patents

Description

628 757 2

PATENTANSPRÜCHE chen mit üblichen pastierten Gitterplatten besteht in ihrer

1. Röhrchenplatte für Bleibatterien mit einer Mehrzahl von grossen Dauerhaftigkeit, besonders im Zyklen-Betrieb. Röhr-am oberen Ende zu einem Gitter verbundenen Gitterstäben, chenplatten-Batterien können z. B. 1000 bis 2000 Lade- und Ent-dadurch gekennzeichnet, dass die Röhrchen (3) im Querschnitt ladezyklen eines bestimmten Typs aushalten, während Batte-eine abgeplattete ovale Form aufweisen und mindestens je s rien mit gewöhnlichen pastierten Platten vergleicherweise nur zwei parallel darin angeordnete Gitterstäbe (4) als Stromablei- 400 bis 800 Zyklen gleicher Art aushalten. Der Grund hiefür ist, ter enthalten, wobei die beiden Gitterstäbe (4) in jedem Röhr- dass bei Röhrchenplatten die positive aktive Masse, welche aus chen (3) am unteren Teil durch mindestens ein Verbindungs- feinen Bleioxid-Teilchen besteht, in den Röhrchen fest einge-stück (7) verbunden sind. schlössen ist und deshalb nicht «abschlammen», das heisst aus

2. Röhrchenplatte nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- io der Elektrode losbrechen kann.

zeichnet, dass die zwei Gitterstäbe (4) in jedem Röhrchen (3) Röhrchenplatten sind, im Vergleich zu normalen pastierten einen Abstand besitzen, welcher ungefähr der halben Breite Platten, meist erhebliche dicker. Die üblichen, runden Röhr-der Röhrchen entspricht. chen weisen einen Innendurchmesser von 8 mm auf. Damit

3. Röhrchenplatte nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- erreicht die Plattendicke ebenfalls einen Wert von ca. 9 mm. zeichnet, dass die beiden Gitterstäbe (4) einen Durchmesser is Dagegen weisen pastierte Gitterplatten fürTraktions-Batte-von 1,5 bis 2,5 mm besitzen. rien normalerweise eine Dicke von nur 2 bis 4 mm auf.

4. Röhrchenplatte nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- Während die grössere Dicke der Röhrchenplatten auch mit zeichnet, dass die ovalen Röhrchen (3) im Querschnitt eine einer aussergewöhnlich guten Lebensdauer zusammenhängt, lange Achse (a) von 10 bis 30 mm und eine kurze Achse (b) von verhält sich andererseits die Röhrchenplatte bei Entladung mit 4 bis 6 mm aufweisen. 20 hohen Strömen etwas weniger günstig als eine dünne, pastierte

5. Röhrchenplatte nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- Gitterplatte. Bei hohen Entladeströmen liegt die mittlere Entla-zeichnet, dass das Verbindungsstück (7) eine Länge von 2 bis despannung tiefer und die entnehmbare Kapizität der Röhr-

10 mm und eine Dicke von 0,4 bis 0,8 mm aufweist. chenplatten ist, falls die Entladung bei relativ hoher End-Span nung abgebrochen wird, kleiner.

25 Man hat versucht, dünnere Röhrchenplatten zu bauen, indem man den Röhrchen eine ovale Form gab. Das Röhrchen hat dann im Querschnitt in der Richtung der Plattenebene eine grössere Ausdehnung als senkrecht dazu. Mit dieser Mass-Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röhrchenplatte für nähme gelingt es, die Entladespannung bei hohen Strömen Bleibatterien mit einer Mehrzahl von am oberen Ende zu einem 30 etwas zu steigern. Allerdings stellte man fest, dass die Masse-Gitter verbundenen Gitterstäben. ausnützung in ovalen Röhrchen nicht optimal war. Es scheint,

Röhrchenplatten werden seit vielen Jahren als positive dass durch ungleiche Masseausnützung beim Zyklus einzelne Elektroden in stationären- und Traktions-Blei-Batterien ver- Teile der Masse inaktiv werden. Es handelt sich dabei wahrwendet. Diese sind in Deutschland auch unter dem Namen scheinlich um einen Verlust des elektrischen Kontaktes einzel-«Panzerplatten» bekannt. In Amerika ist der Ausdruck «Iron- 35 ner Masseteilchen. Je flacher die ovalen Röhrchen gebaut wer-clade Plates» gebräuchlich. den, desto ausgeprägter wird dieser Effekt.

Bekannte Vorrichtungen sind z. B. im Buch «Bleiakkumula- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine sehr flache toren» von E. Witte, Verlag Otto Krausskopf, Mainz 1969, Röhrchenplatte zu schaffen, in welcher die aktive Masse opti-

dritte Auflage, Seite 23/24 und im «Journal of Power Sources» mal und gleichmässig ausgenützt wird. Den Gitterstäben der zweiter Band 1977/78, Seite 3 beschrieben. 40 Röhrchenplatte soll eine grosse mechanische Widerstandskraft

Positive Röhrchenplatten bestehen aus einer Reihe von verliehen und das Zentrieren der Stäbe in den Röhrchen parallel nebeneinander angeordneten Kunststoffröhrchen, erleichtert werden.

welche üblicherweise einen kreisrunden Querschnitt und einen Dies wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Durchmesser von etwa 9 mm aufweisen. In jedes Röhrchen Merkmale des Patentanspruches 1, erreicht. Die Gitterstäbe wird ein zentraler, runder Stab aus einer Bleilegierung von 45 werden vorzugsweise so angeordnet, dass ihr gegenseitiger etwa 3 mm Dicke als Stromableiter eingeschoben. Diese axialer Abstand die Weite des ovalen Röhrchens gleichzeitig

Stromleiterstäbe sind am oberen Ende der Röhrchenplatte mit- unterteilt.

einander verbunden. Die Gesamtheit der Stromabieiterstäbe Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit oberem Verbindungsteil bezeichnet man in Analogie zu anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zei-den Gittern der normalen pastierten Akkumulatorplatten als » gen :

Röhrchenplatten-Gitter. Fig. 1 den Querschnitt durch eine herkömmliche Röhrchen-

Kunststoffröhrchen für Röhrchenplatten sind heute im platte,

Handel in Form von zusammengewobenen, vielröhrigen Fig. 2 den Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Röhr-

Taschen erhältlich. Diese Taschen sind vorzüglich aus säure- chenplatte,

und oxidationsbeständigen Kunststoff- oder Glas-Fasern gefer- 55 Fig. 3 das Gitter der erfindungsgemässen Röhrchenplatte in tigt. Ein Multifilament-Polyestergarngewebe, mit oder ohne der Aufsicht,

eingewobenen Glasfasern, welches mit Phenolharz versteift ist, Fig. 4 die Abhängigkeit der Batteriekapazität als Funktion eine Wandstärke von 0,3 bis 0,4 mm und Porenöffnungen unter des Entladestroms für konventionelle und erfindungsgemässe 0,2 mm aufweist, hat sich beispielsweise für diese Anwendung Batterien,

bewährt. 60 Fig. 5 die erzielbare Zyklenzahl als Funktion der Entlade-

Nach dem Einschieben der Röhrchenplatten-Gitter in die tiefe für herkömmliche und erfindungsgemääse Batterien, vielröhrigen Kunststoff-Taschen, werden diese mit Bleioxid Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine herkömmliche gefüllt und nachher am unteren Ende mit einer Plastik-Leiste Röhrchenplatte wie sie für Traktionsbatterien seit vielen Jah-welche mit Zäpfchen versehen ist, die genau in die Röhrchen ren verwendet wird. Die Röhrchen 1 haben einen Aussendurch-passen, verschlossen. Die Röhrchenplatten werden dann in ver- 65 messer von etwa 9 mm, die Gitterstäbe 2 einen solchen von dünnter Schwefelsäure anodisch «formiert»», wobei sich das 3 mm. Der Durchmesser kann optimiert werden, indem er oben Bleioxid in Bleidioxid umwandelt. einen etwas grösseren Querschnitt aufweist als unten, wie dies

Ein Vorteil von Röhrchenplatten-Batterien gegenüber sol- z. B. im Artikel «Die Berechnung optimaler Bleiseelen für Pan-

3

628 757

zerplatten in Bleiakkumulatoren» von R. Ludwig, Elektrotechnische Zeitschrift, ETZ-A, Bd. 86 ( 1965) H. 13, Seite 431, beschrieben ist.

Fig. 2 stellt beispielsweise den Querschnitt durch eine Röhrchenplatte gemäss Erfindung dar. Die ovalen, stark abgeplatte- 5 ten Röhrchen 3 weisen vorzugsweise im Querschnitt eine lange Achse von 10 bis 30 mm (a) und eine kurze Achse von 3 bis 7 mm (b) auf. In jeder Tasche sind zwei runde Gitterstäbe 4 aus korrosionsfester Bleilegierung als Stromableiter eingeführt. Sie weisen einen Durchmesser von 1,5 bis 2,5 mm auf. Sie sind in io einem Abstand angeordnet, der ungefähr der halben Länge der langen Achse (a) entspricht und sind mit den üblichen Zentrier-Fahnen 6 versehen, welche in Fig. 1 und 2 nicht eingezeichnet sind.

Fig. 3 stellt das Gitter der Röhrchenplatte gemäss vorlie- is gender Erfindung in der Aufsicht dar. Es ist daraus ersichtlich, dass die beiden Bleistäbe 4 in jedem Röhrchen am unteren Ende mit einem dünnen Steg 7 verbunden sind, welcher die mechanische Festigkeit des gegossenen Gitters erhöht. Die Verbindungsstege 7 erleichtern das Zentrieren der Stäbe 4 und 20 erleichtern dadurch die Einführung der unteren Verschluss-Lei-sten, nachdem die Röhrchen 3 mit Bleioxid 5 gefüllt sind. Die Verbindungsstege 7 haben vorzugsweise eine Dicke von 0,5 bis 1,5 mm und eine Höhe von 1,5 bis 4,5 mm. Die Gitterstäbe weisen am oberen Ende einen Verbindungsteil 8 auf, der mit einem 25 Ansatz 9 verbunden ist.

Es hat sich gezeigt, dass beim Füllen der Röhrchen mit Bleioxid 5 trotz des komplexen Aufbaus des Gitters, keine Schwierigkeiten auftreten.

Fig. 4 illustriert einen Aspekt des technischen Vorteils, wel- 30 eher mit der Konstruktion der Röhrchenplatten gemäss Erfindung erzielt wird. Die entnehmbare Kapazität von Röhrchenbatterien, von nominal 180 Ah Kapazität in Prozenten ausgedrückt, ist als Funktion des Entladestroms, angegeben als Bruchteil der Nominalkapazität C, dargestellt.

Bei konventionellen Röhrchenplatten-Batterien mit 9 mm dicken Platten (Kurve A), fällt die entnehmbare Kapazität (Endspannung 1,72 V) bei Entladungen mit hohen Strömen relativ schnell ab.

Batterien mit Röhrchenplatten gemäss Erfindung zeigen dagegen eine bedeutend bessere Belastbarkeit mit hohen Strömen (Kurve B). Sie erreicht beinahe die Werte für 4 mm dicke pastierte Gitter-Platten, übertrifft die letzteren aber in bezug auf Lebensdauer im Zyklenbetrieb ganz wesentlich, wie nachfolgend ausgeführt wird.

Beim Vergleich der Lebensdauer von Batterien im Zyklenbetrieb muss darauf geachtet werden, dass diese sehr stark von der Temperatur, der Standzeit zwischen den Zyklen und der Tiefe der Entladung der einzelnen Zyklen abhängt. Man muss also bei einem gültigen Vergleichsversuch diese Faktoren konstant halten.

In Fig. 5 wird die erzielbare Zyklenzahl der Röhrchenplatten-Batterie gemäss Erfindung mit derjenigen von Batterien herkömmlicher Bauart mit pastierten Platten verglichen.

Wird bei jedem Entlade-Lade-Zyklus die Batterie tief entladen, so kommt man allgemein auf eine sehr viel kleinere Lebensdauer als bei Zyklen mit nur schwacher Entladung. Kurve A in Fig. 4 bezieht sich auf eine Batterie mit pastierten Gitterplatten, Kurve B auf die Batterien gemäss Erfindung. Es ist hieraus ersichtlich, dass besonders für Anwendungen, in denen häufig Tiefentladungen vorkommen, die Batterie gemäss Erfindung, eine weit bessere Lebensdauer liefert. Dies ist der Fall für die elektrische Traktion.

G

2 Blatt Zeichnungen