专利名称：电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及按权利要求1和14的前序部分的电池。
对一次和二次电源目的而言，电池和电池系统正变得越来越重要。在原材料和能源的放射保护和可再用性或再循环性意义上，该增加的重要性是部分由于在电源系统的环境兼容性方面日益增大的需求。
这首先适合最终用户以及个人家庭，其次也适合公共设备，特别是在装备有与环境更兼容的电源的基础结构和交通方面。
如公路车辆和铁路车辆以及船舶的移动设备已装备了蓄电池或电池的形式的对环境有益并可再用或可再充电的电源。此外，在固定设备中的电池系统如独立装置或建筑物中的紧急电源形式的这种电源正得到更广泛的应用。
一般地，对所有的电源和电源装置而言，问题在于，在正常操作状态下电源供电正常，而在事故、危险或受损情况下，或在维修工作情况下，须非常快速和明确地断开电源或电源供电。
同时在通过断开点火和中断燃料供给的内燃机的情况下，内燃机从操作状态转变成非操作状态，其中除了剩余热量外不释放能量，在电池或电池系统的情况下，难点在于尽管在供电断开或中断之后，电池或电池系统还产生能量，即这里在电池无负载或开路电压的形式下电池或电池系统的终端还存在端电压。因此，例如在电车的情况下，如突然发生事故，对冲撞起反应的紧急终止将切断所有到电源的引线，但如果由于冲撞引起车辆破坏，在电池端子和车辆导电部分特别其壳体之间形成电接触，从而对急忙修理故障或帮助乘客的人员存在电冲击的危险。
此外，由于电池部件的破坏，电池可短路，作为在某种情况下伴随火花而流过的相当大的电流的结果，不能低估在事故地点的火灾危险，它可引起物体或人员的危险的极大增加。
因此，本发明的目的是提供一种电池，对于维修目的或在危险情况下，它可简单并可靠地从操作状态转变成安全的非操作状态，而避免电池短路。
按本发明，从装置的观点来看，可通过具有权利要求1或14的特性的电池来实现该目的。
对本发明电池的更有效改进形成了从属权利要求的主题。
按权利要求1来实现该目的，其中制造具有至少一个可控操作快速泄放装置的电池。该快速泄放装置用于从电解质室快速泄放电解质。按该方案，在快速泄放电解质之后，电极完全或基本不被电解质润湿，从而电极在电流上相互断开。
与现有技术相比，这些发明措施具有以下优点，在危险或维修状况的情况下，电池以可控和明确的方式转变成安全的非操作状态。在泄放电解质以及电极连接的电流中断之后，所有电池的电流产生、电化学过程被中断，从而尽管电池室破坏，且电池端子与任何导电部分相接触，不存在电冲击危险，这是由于在该非操作状态下电池不产生电流。
在最简单的情况下，电解质简单地从电解质室流出。然而，由于环境兼容性和电解质可再利用的原因，适当提供至少一个电解质收集容器，用于收集源于电解质室的至少部分的电解质。然后电解质可安全泄放，从而不污染环境并在排除危险之后或在维修工作结束后，它可返回电解质室，用于再激活电池。
如果电解质室具有带电极的反应室和用于接受较大量电解质供给且与所述反应室相连通的储存器，则可得到高电池容量的特别优良的电池系统。具有与储存器相比小容积的反应腔特别有优势，从而非常大的电解质储存器面对小反应腔，电池系统获得特别大的容量，极大地增加电动车辆的行驶路程。此外，小型和/或无孔电极具有优势。
反应腔和储存器之间的连接由交换管道较好提供。以特别简单方式利用由使用和未使用的电解质之间的密度差别产生的对流。为提高对流以及反应腔与储存器之间的电解质交换，至少有一个泵或搅拌、循环或加热装置。该装置可处在交换管道、在反应室或在储存器内。
如果所述电解质收集容器基本位于电解质室下面，由于重力自然地使得电解质向下进入电解质收集容器，特别简单地使得电解质从电解质室泄放到电解质收集容器。对于快速泄放电解质有利的是在快速泄放装置中提供电控关闭或封闭装置。后者防止了在电解质室与电解质收集容器之间的电解质流动，即尤其是在至少一个方向的电解质泄放。这防止了正常操作状态下的电解质的流出，并确保当电解质已泄放时，电解质不会从电解质收集容器返回流至电解质室，因而不会再激活电池。
该关闭装置的优选结构为在无电流状态下打开的阀。在正常电池操作状态下，提供电流给在无电流状态下打开的所述阀，因此保持关闭。在危险状态下以可控方式中断电流，因而阀打开且电解质从电解质室泄放至电解质收集容器，因而使电池无效。如果快速泄放管道的关闭装置构成为易爆螺栓或预置断裂点等，可得到特别简单的易处理的关闭装置。
本发明的另一优选的电池结构可通过用于在电解质收集容器与电解质室之间在至少一个方向传送电解质的传送装置来实现。然而，在危险状态或维修工作结束后，泄放的电解质可从电解质收集容器传送到电解质室，用于再激活电池。
更优选的改进来自于用于在电解质收集容器与电解质室之间传送电解质的至少一个可控操作传送装置的结构。特别是如果电解质收集容器在电解质室上形成，或如果作为危险状态的结果，电池系统由于事故(车辆翻车)颠倒，这加快并帮助了从电解质室的电解质泄放。这种类型的可控操作传送装置也被用于将泄放的电解质从电解质收集容器返回到电解质室。
这种传送装置例如可以是如尤其是电启动的泵。优选地传送装置的形式是将电解质从电解质室排出或清除的装置。如果所述排出装置的结构为气体压力盒，特别快速地从电解质室排出电解质，因而进一步减少电冲击引起的事故危险。
进一步的简化可通过快速泄放装置的结构来完成，其作为紧急泄放开口或气孔或带有封闭件的U型管，再一次将重点放在从电解质室快速泄放电解质。
按本发明，还可实现的目的在于，在按前序部分的电池中提供至少一个去活化室，其与电解质室分离并接收去活化物质。在该溶液中，还有连接电解质室与去活化室的管道。还有用于将去活化物质从去活化室可控传送到电解质室的传送装置。选择去活化物质的方式是在电解质室中它可防止、去活化或至少限制所有产生电流的电化学或电解反应至一个安全水平。
同时在按本发明的该溶液的情况下，现有技术的问题，即遭受损坏之后电源还携带潜在的能量，可通过停止现行动力或能量供给过程来解决。在此情况下通过添加物质到电解质以抑制发电过程来实现。
去活化物质的形式可以是要粒化的粉末、液体或气体。如果去活化室中的去活化物质处于压力下，传送装置由阀构成，其尤其是在无电流状态下打开，从而断开供电时在危险或维修状态下其打开。与此独立或除此之外，传送装置也可是泵，其尤其是电控制和电操作的。
对于管道，最好携带用于防止去活化电解质返回流入去活化室的检查阀。
电解质优先由H2SO4、KOH、或有机电解液的电解质构成。相应地去活化物质是稀释的碱液，特别是KOH、NaOH等；或含盐悬浮液，特别是石灰乳等；或粉末，特别是CaCO3、氧化物等，或其悬浮液；或稀释的无机酸；二氧化碳；有机酸，特别是柠檬酸等；含盐悬浮液，特别是FeCl3等；或酸酐粉末或其悬浮液或氧化或沉淀剂。
在所有这些按本发明的电池或电池系统中，特别优选提供用于通过使用控制管道来控制传送装置和/或阀装置的控制装置。这使得在危险或维修情况下清晰地断开。
如果设计控制装置以检测危险状态和/或用户激活信号，则可得到特别易处理的电池或电池系统，从而当检测信号时启动电解质泄放或电解质的去活化。控制装置优选具有至少一个传感器装置，它可设计成加速传感器或手动操作紧急断路装置。
参考附图并对应优选实施例，下文详细描述本发明，其中
图1A按本发明第一实施例的电池在正常操作状态的示意图。
图1B图1A实施例在危险或维修状态的示意图。
图2按本发明第二实施例的电池的示意图。
图3按本发明第三实施例的电池的示意图。
图4按本发明第四实施例的电池的示意1A和1B表示按本发明的电池1的基本构造和其功能。
电解质室3包含两个电极2a和2b，它们通过引线5a和5b电引出。在该实施例中，电解质室3下设有电解质收集容器6，并通过快速泄放管道7与电解质室3相连。在此快速泄放管道7具有阀形式存在的关闭元件9a，其通过控制管道23被控制装置20所控制。
图1A表示在正常操作状态的电池，电解质4完全处在电解质室3内，并保持电极2a、2b完全浸湿，且相互保持直接电流接触，从而作为然后发生的电化学反应的结果，产生电能并通过引线5a、5b引到外面。
图1B表示图1A的电池系统，被危险状态所激活，控制装置20打开阀9a，结果由于重力的作用，电解质4从电解质室3流到电解质收集容器以达到一个最低填充水平。该种情况下的最低填充水平由电解质室3上的以管道7的形式存在的快速泄放装置的设置所产生。该最低填充水平的选择方式是当电解质4已泄放时，电极2a、2b不被电解质4浸湿，且相互不再保持直接电流接触，因此没有电能经引线5a和5b引到外面。
按图2的实施例为正常操作状态下按本发明的电池1的更复杂的结构。在此电池室3又分为反应室3a和储存器3b。与储存器3b相比反应室3a体积小且完全包含电极2a,2b。
按正常操作条件，电解质室3完全被电解质填充至最大填充水平，被位于反应室上的溢流管道21所确定。溢流管道21用于泄放后传送回电解质4时电解质溢流。在电解质室3下又安装电解质收集容器6，以管道7的形式通过快速泄放装置7同电解质室3连接。快速泄放管道7具有阀9a，其在无电流情况下打开，即在操作状态下关闭。当阀9a打开，第一传送装置11a以管道7形式形成，并帮助电解质4从电解质室3重力驱动流到电解质收集容器6。
为使电解质4从电解质收集容器6返回到电解质室3，形成另一管道10，它具有阀9b和泵或其他一些传送装置11b。
对于管道7和10或阀9a、9b和传送装置11a、11b可以以单个管道形式存在，用于泄放和返回电解质4。
电解质室3和电解质收集容器6都有用于吸收过压的装置。在图2中，这些装置以带有位于其下面的收集容器14a,14b的阀12和13表示。
通过控制管道23，控制装置20的结构控制所有的阀9a、9b、12、13和22和传送装置11a和11b。
电解质室3的反应室3a和储存器3b之间的交换或互换通过交换管道8来完成。在图2所示的本发明电池的实施例中，其结构简单为大横截表面的开口8。电解质在反应室3a和储存器3b之间的迁移可由环流装置24来支持，它也可以可控方式由控制装置20来运转。
图3示意地表示在操作状态下的本发明电池实施例，在此通过排出发生电解质4从电解质室3的泄放。
通过传送管道10中的传送装置11a和11b，包含在传送装置11a特别是在压力盒内的气体以可控方式经阀9b引进电解质室3，气体经U-形管7和阀9a从上部气体区排出电解质4，从而当在危险状态时气体完全被引入，电极2a和2b不被电解质4所浸湿。
通过安装阀9a为检测阀可防止回流。这里经控制管道23通过控制装置20完成整个控制。
图4表示按本发明电池的另一个操作原理的实施例，经加料管道17通过传送装置19和阀装置18从去活化室15引入去活化物质16从而使电解质4的电极2a和2b去活化，电能产生过程的中断以可控方式完成。
经控制装置20由操作管道23再一次完成可控防止电能产生。
权利要求
1．在电解质室(3)中至少有两个电极(2a、2b)的电池，在电池(1)操作状态下其充满液体电解质(4)，液体电解质(4)浸湿电极(2a、2b)的大部分表面，并且通过液体电解质(4)电极(2a、2b)相互之间以及与电极(2a,2b)的电引线直接电流接触，其特征在于具有至少一个用于从电解质室(3)快速泄放电解质(4)的可控操作快速泄放装置(7)，泄放电解质(4)之后，电极(2a、2b)不被电解质(4)所浸湿，因而相互不电接触。
2．按权利要求1的电池，其特征在于具有至少一个用于从电解质室(3)接收至少部分电解质(4)的电解质收集容器(6)。
3．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于电解质室(3)具有反应室(3a)和与此连接的储存器(3b)，并且反应室(3a)包含电极(2a、2b)。
4．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于反应室(3a)容积小，而储存器(3b)容积大。
5．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于具有用于在反应室(3a)和储存器(3b)之间对流电解质交换的交换管道(8)。
6．按权利要求5的电池，其特征在于具有用于产生电解质(4)对流交换的泵、搅拌、环流或加热装置(24)。
7．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于电解质收集容器(6)基本位于电解质室(3)下面。
8．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于快速泄放装置(7)具有至少一个电可控关闭装置(9a)，其结构可防止在电解质室(3)与电解质收集容器(6)之间至少一个方向上的电解质流动。
9．按权利要求8的电池，其特征在于关闭装置(9a)的结构为无电流状态下打开的阀、爆破螺栓、预定关断点等。
10．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于提供管道(10)用于在电解质收集容器(6)与电解质室(3)之间至少一个方向上传送电解质(4)。
11．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于具有至少一个用于在电解质收集容器(6)与电解质室(3)之间传送电解质(4)的可控操作传送装置(11a、11b)。
12．按权利要求11的电池，其特征在于传送装置(11a、11b)的结构为泵或从电解质室(3)排出电解质(4)的装置，尤其是气体压力盒。
13．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于提供带有关闭部件的紧急泄放开口或气孔或U-形管作为快速泄放装置(7)。
14．在电解质室(3)中具有至少两个电极(2a、2b)的电池，电池(1)在操作状态下其充满液体电解质，液体电解质浸湿电极(2a、2b)的大部分表面，并且通过液体电解质使得电极(2a、2b)相互之间以及与电极(2a,2b)的电引线(5a、5b)直接电接触，其特征在于具有至少一个与电解质室(3)分离的用于接收去活化物质(16)的去活化室(15)，提供管道(17)用于在每种情况下连接电解质室(3)与去活化室(15)和从去活化室(15)可控传送去活化物质(16)进入电解质室(3)的传送装置(18)，去活化物质(16)适合去活化所有电解质室(3)中的产生电流的电解过程。
15．按权利要求14的电池，其特征在于提供泵和/或阀作为传送装置(18)。
16．按权利要求14或15之一的电池，其特征在于防止回流检测阀(19)设在管道(17)中。17．按权利要求14或16之一的电池，其特征在于电解质为H2SO4或KOH或有机电解质，而去活化物质为KOH、NaOH或含盐悬浮液、石灰乳或CaCO3粉末乳、氧化物或其悬浮液或稀释的无机酸、二氧化碳、有机酸、柠檬酸、含盐悬浮液、FeCl3或酸酐粉末或其悬浮液或氧化或沉淀剂。
18．按前述任一个权利要求的电池，其特征在于提供控制装置(20)，用于经控制管道控制传送装置(11a、11b、18)和/或阀装置(9a、9b、19)，控制装置(20)的结构可检测危险状态和/或用户激活的信号，并当检测到信号时，可启动电解质(4)的泄放或电解质(4)的去活化。
19．按权利要求18的电池，其特征在于控制装置(20)具有至少一个传感器装置，其设计为加速传感器或手动操作紧急断路装置。
全文摘要
本发明涉及一种电池，用于在维修或危险状态下使电池可从操作状态简单而可靠地转变为安全的、非操作状态，而避免短路。这可通过提供用于电解质的快速泄放的可控操作泄放装置并且在电解质泄放之后停止所有的产生电能过程来完成。另一方面具有此特征的电池可通过危险状态下管道将去活化物质引进电解质，它可停止所有的产生电能、电解过程来完成。
文档编号H01M2/36GK1227673SQ97197212
公开日1999年9月1日 申请日期1997年6月16日 优先权日1996年6月21日
发明者汉斯·于尔根·波林 申请人:汉斯·于尔根·波林, 巴登沃克股份公司, 斯塔德沃克卡尔斯鲁厄股份有限公司