!HU000005692T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 005 692
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA H01M 10/04
(21) Magyar ügyszám: E 06 807428 (22) A bejelentés napja: 2006. 10. 20. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20060807428 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1949485 A2 2007. 04. 26. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1949485 B1 2009. 03. 04.
(51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 0510704 2005. 10. 20.
(73) Jogosultak: Electricité de France, 75008 Paris (FR); Exide Technologies SAS, 92230 Gennevilliers (FR)
FR
(72) Feltalálók: TORCHEUX, Laurent, F-91800 Brunoy (FR); CAMPS, Jean-Claude, F-77130 Misy Sur Yonne (FR); SARRAU, Jean-François, F-75017 Paris (FR); BENCHETRITE, Daniel, 94000 Créteil (FR) (54)
(2006.01) H01M 10/12 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 07045685 PCT/EP 06/067609
(74) Képviselõ: dr. Harangozó Gábor, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Eljárás akkumulátor elektródakötegének tasakkal történõ összenyomására, ilyen akkumulátor és tasak
(57) Kivonat
HU 005 692 T2
A találmány szerinti eljárás akkumulátor elektródáiból (24, 28) álló köteg (48) összenyomására szolgál. Az eljárás során a köteget (48) elhelyezik az akkumulátor tartályának (40) belsejében; majd további lépésként egy kezdetben porózus, elasztikus anyagot (441) tartalmazó tasakot (440) helyeznek el a tartály (40) legalább egy fala (3, 6) és a köteg (48) között, amely anyag vákuum
segítségével vagy mechanikusan össze van nyomva és amely tasak (440) kezdetben a gázok szempontjából hermetikusan le van zárva; és létrehoznak egy nyílást a tasakon (440) a tasak (440) roncsolásával oly módon, hogy a tasakban (440) lévõ, kezdetben összenyomott anyag kitáguljon és nyomóerõt fejtsen ki a tartály (40) falának (3, 6) támaszkodó kötegre (48).
4. ábra A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 005 692 T2
A találmány szakterülete A jelen találmány egy akkumulátor elektródakötegének összenyomására szolgáló eljárásra vonatkozik, amely egy olyan lépést tartalmaz, amely során az akkumulátor tartályának belsejében elhelyezzük a köteget. A találmány tárgya továbbá akkumulátor és ilyen akkumulátorban elhelyezett tasak. A technika állása Jól ismert, hogy például a gépjármûveknél használt akkumulátor elektródakötegére nyomóerõt fejtenek ki az akkumulátor teljesítményének fokozása, különösen annak üzemidejének növelése céljából. Ilyen eljárás és ilyen akkumulátor ismerhetõ meg például a WO 95/15084 számú iratból. Ezek vázlatosan az 1. ábrán láthatók. Az 1. ábrán olyan ismert akkumulátor látható, amely egy olyan 40 tartállyal rendelkezik, amely 24 és 28 elektródákból álló 48 köteget tartalmaz. Minden egyes 24 és 28 elektródapár egy cellában helyezkedik el és a 48 köteg számos cellából épül fel. Az akkumulátor ezenkívül tartalmaz két kapcsot, ahol az egyes kapcsok a 24 és 28 elektródák 48 kötegének egy-egy végén helyezkednek el. A 2. ábrán egy akkumulátor 48 kötegének egyik cellájára látható egy példa vázlatosan szemléltetve. Mindegyik cella tartalmaz egy 20 bipoláris lemezt, amelyre egy 28 pozitív elektróda, egy 30 elválasztóelem, egy 24 negatív elektróda, majd újból egy 20 bipoláris lemez van ráhelyezve. Az elválasztóelem általában egy mikroporózus polietilén (PE) réteg az úgynevezett nyitott akkumulátorok esetén, illetve egy impregnált üveggyapotfilc-réteg (az angol szóhasználatot követve úgynevezett üvegpaplan; „glass mat”), de lehet poli(vinil-klorid)-ból (PVC) készült perforált hullámosított válaszfal is az úgynevezett szigetelt rekombinációs akkumulátorok esetén. Ritkábban többféle elválasztóelemet is használnak az említett anyagok kombinálásával; például polietilénlapokat üveggyapotrétegekkel kombinálnak vagy a 2. ábrán látható kombinációt alkalmazzák. A 2. ábrán a 30 elválasztóelem egy olyan 31 réteget tartalmaz, amely sík mikroporózus polietilénlapból áll, amelyre egy perforált és hullámosított 32 elválasztóelem van ráhelyezve. A hullámosított 32 elválasztóelem körül egy üveggyapot- 33 réteg van elrendezve. A 30 elválasztóelem lehetõvé teszi a 28 pozitív elektróda és a 24 negatív elektróda mechanikus szétválasztását, miközben lehetõvé teszi azok elektrolitikus kapcsolódását. Az 1. ábra egy olyan, a 48 elektródakötegnek a 40 tartályba történõ behelyezésére szolgáló eljárást szemléltet, amely során állandó és egyenletes eloszlású nyomóerõt fejtenek ki a 48 köteget alkotó 20 bipoláris lemezekre és 30 elválasztóelemekre. Az elektródák 48 kötege egy áramkollektort alkotó elsõ 41 szélsõ lemezhez és egy másik áramkollektort alkotó második 42 szélsõ lemezhez kapcsolódik. Az elsõ 41 szélsõ lemez rögzített helyzetû a 40 tartályhoz képest.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
A második 42 szélsõ lemezt 44 rugók tartják, amelyek nyomóerõt fejtenek ki a 48 kötegre. A 44 rugók lehetõvé teszik nyomóerõ kifejtését, például a 30 elválasztóelemekre. Az 1. ábrán látható ismert kiviteli alaknál a 44 rugók erõhatásának kitett 42 lemezhez csatlakoztatott kapocs a tartály 47 tömítõelemeiben elcsúsztatható. Az 1. ábrán látható, 44 rugókat tartalmazó összenyomó berendezés több hátránnyal is rendelkezik. Az ilyen berendezés nagyméretû és annak egy akkumulátor tartályába történõ behelyezése miatt korlátozott a kötegben elhelyezhetõ cellák száma. Az ilyen összenyomó berendezést ráadásul nehéz elhelyezni egy hagyományos nem bipoláris akkumulátorban, amelynek olyan 40 tartálya van, amely több cellára van felosztva és amely minden egyes cellában egyetlen 48 köteget tartalmaz, ahogy ez vázlatosan a 3. ábrán látható. A 48 köteg és a 40 tartály rekeszeit határoló 3 oldalfalak vagy 6 belsõ falak közötti 5 térrész szélessége gyakran keskenyebb, mint 5 mm. Az 5 térrész vagy nem elegendõ az 1. ábrán látható összenyomó berendezés behelyezésére, vagy csökkenteni kell a kötegben lévõ cellák számát. Ezenkívül az 1. ábrán látható berendezésnek a 3. ábrán látható 40 tartályba történõ behelyezése további nehézségekkel is jár. Ez a behelyezés kényszermegoldásokat szül és költséges a nagyüzemi gyártás szempontjából. Az 1. ábrán látható 47 összenyomó berendezés beépítéséhez szükség van a tartály módosítására. A 47 összenyomó berendezés megvalósítása mûszaki szempontból problémás és ezért drága. Az US–A–5 670 272 és az US–A–6 040 085 számú irat olyan akkumulátort ismertet, amelybe tágulásra képes anyag van elhelyezve az akkumulátorban elrendezett tasakokban. A találmány ismertetése A találmánnyal célunk legalább a fent említett hátrányok kiküszöbölése. A kitûzött célokat egy akkumulátor elektródakötegének összenyomására szolgáló eljárás megvalósításával érjük el, melyet az 1. igénypont ismertet. A találmány egyik elõnyös változatát az 5. igénypont jellemzõi ismertetik, amely jellemzõk akár önmagukban, akár azok bármilyen mûszakilag lehetséges kombinációja szerint megvalósíthatók. A találmány tárgya továbbá akkumulátor és annak megfelelõ nyomótasak. A jelen találmány számos elõnnyel rendelkezik. Lehetõvé teszi például egy összenyomó berendezésnek az akkumulátor tartályába történõ egyszerû és kevésbé költséges beépítését. Az akkumulátor tartálya szabványos kialakítású lehet és semmilyen módosítást nem igényel, kivéve, hogy a falvastagságot meg kell erõsíteni, illetve adott esetben az oldalait tartó külsõ rendszer alkalmazására lehet szükség. A találmány révén lehetõvé válik állandó rugalmas nyomóerõ kifejtése. Az elektródaköteg térfogatának
1
HU 005 692 T2
változása ily módon megengedett, ami csökkenti a megfolyás veszélyét és az akkumulátor mûködési periódusaiban nagyobb hatékonyságot eredményez. Az ábrák ismertetése A találmány további jellemzõit, céljait és elõnyeit az alábbi leírásban ismertetjük, amely kizárólag példaként szolgál és nem korlátozó értelmû, és amelyben a mellékelt rajzra hivatkozunk. A rajzon: az 1. ábra – amelyet már ismertettünk – egy egyetlen elektródaköteget tartalmazó ismert akkumulátor vázlatos metszeti nézete, valamint az említett kötegre nyomóerõt kifejtõ eljárást ábrázol; a 2. ábra – amelyet már szintén ismertettünk – ismert elválasztóelemekkel szétválasztott ismert elektródák vázlatos keresztmetszeti nézete; a 3. ábra – amelyet már szintén ismertettünk – egy több cellát tartalmazó akkumulátor ismert tartályát szemlélteti, ahol minden egyes cella egyetlen elektródaköteget tartalmaz; a 4. ábra a 3. ábrán látható akkumulátort szemlélteti vázlatosan, amely a találmány szerinti nyomótasakot tartalmaz; az 5. ábra a találmány szerinti tasak profilját ábrázolja; a 6a. és 6b. ábrák az 5. ábrán látható tasak keresztmetszetét szemléltetik vázlatosan, egy összenyomott helyzetben és egy kitágított helyzetben; és a 7. ábra egy elválasztóelem metszeti nézetét mutatja vázlatosan, amely célszerûen egy elektródakötegben helyezhetõ el. A rajzon a hasonló elemeket azonos hivatkozási jelekkel láttuk el. Részletes leírás A 4. ábrán vázlatosan egy olyan összenyomó eljárásra látható példa, amelyet egy olyan akkumulátorban alkalmazunk, amely legalább egy, cellákba rendezett 24 és 28 elektródákból álló 48 köteget tartalmaz. A 4. ábrán látható példánál az akkumulátor olyan 40 tartályt tartalmaz, amelynek 3 hosszirányú külsõ falai és 2 keresztirányú külsõ falai vannak. A 40 tartály például hat rekeszt tartalmaz, amelyek mindegyike egy 48 köteg befogadására szolgál. A rekeszeket egy középsõ hosszirányú 6 belsõ fal határolja, amely metszi a 7 keresztirányú belsõ falakat. Nyilvánvaló, hogy soros kialakítású tartályok is megvalósíthatók és a jelen leírásban példaként bemutatott tartály nem korlátozó értelmû. A 48 kötegek hosszirányú 10 és 11 oldalakkal rendelkeznek. A 24 és 28 elektródák összetartására a 10 és 11 oldalakra merõleges 8 tartókeretek szolgálnak. A 8 tartókeretek, amelyek a 24 és 28 elektródák közötti elektromos kapcsolatot biztosítják, egy olyan 9 alkatrészhez vannak csatlakoztatva (az elemek egymáshoz forrasz-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
tásával), amely lehetõvé teszi az akkumulátor különbözõ elemei között elektromos kapcsolat létesítését. A 48 kötegeket minden egyes rekeszben a 8 tartókeretek és a 9 alkatrész tartja. Amint a 4. ábrán látható, a találmány szerinti eljárás során legalább egy 441 elasztikus anyagot helyezünk el összenyomott állapotban egy 440 tasakban a 40 tartály egyik fala és a 48 köteg között. A 440 tasakot lezárjuk és az anyagot összenyomott állapotban tartjuk a belsejében. Elõnyösen egy ilyen 440 tasakot helyezünk el egy 10 oldal és egy 3 külsõ fal között, valamint a köteg 11 oldala és egy 6 belsõ fal között. Mivel az anyag össze van nyomva a tasakban, könnyû elhelyezni az elasztikus anyagot a fal és a köteg között. A tasak behelyezhetõ egy 5 mm¹nél keskenyebb térrészbe is. Miután a 440 tasakot a legalább az egyik fal és a köteg közé behelyeztük, egy nyílást hozunk létre a tasakon. Például felhasítjuk a 440 tasakot. A nyílás létrehozásakor például megszüntetjük a 440 tasak légmentes lezárását. Ily módon valamilyen gáz vagy folyadék behatolhat a tasakba és lehetõvé teszi az anyag kitágulását és ezáltal nyomóerõ kifejtését a 48 kötegre, amely a tartály falára fekszik fel. Az anyag által kifejtett nyomás megfelel 0,1–1 kg/cm2, vagyis 0,01–0,1 MPa nyomásnak. A 440 tasak felnyitását vagy roncsolását követõen a 441 anyag tágulása következtében rugalmas nyomóerõ hat a kötegre, ezáltal javul az akkumulátor hatékonysága és teljesítménye, különösen annak üzemideje. A találmány révén az üzemidõ körülbelül 5–10-szeresére növelhetõ. A rugalmas anyag elõnyösen olyan porózus anyag, amely kezdetben vákuum felhasználásával vagy mechanikusan össze van nyomva egy olyan tasakban, amelynek oldalait kezdetben a gázok számára hermetikusan lezárjuk. Ily módon összenyomjuk az anyagot és a tartályba történõ behelyezést megelõzõen összetömörítjük a tasakot. Az 5., 6a. és 6b. ábrán a találmány szerinti tasak célszerû kiviteli alakja látható. A 440 tasaknak olyan, a gázok szempontjából hermetikusan záró 442 oldalai vannak, amelyeken azonban egy nyílás alakítható ki. A 442 oldalak például alkalmasak a roncsolásra. A tasak olyan elasztikus 441 anyagot tartalmaz, amely a 6a. ábrán látható módon vákuum segítségével vagy mechanikusan össze van nyomva. Az anyag lehet például porózus anyag. A 6b. ábrán az látható, hogy a 441 anyag például a tasak 442 oldalainak roncsolása révén létrehozott nyílás kialakítását követõen képes kitágulni. A nyílás más eszközökkel, az oldalak roncsolása nélkül is létrehozható. A tasak oldalainak roncsolása elvégezhetõ feltépéssel, legalább egy részének felhasításával vagy a tasak kilyukasztásával. Ily módon például megszüntetjük a tasak légmentes lezárását.
1
HU 005 692 T2
A tasak elõnyösen tartalmaz egy olyan 443 fület, amely megkönnyíti a tasak oldalainak feltépését és adott esetben azok visszazárását, ahogy ezt a késõbbiekben látni fogjuk. Az akkumulátor rendkívül változó hõmérsékleteknek van kitéve. Általában elmondható, hogy a nyomást kifejtõ anyagnak és annak tulajdonságainak stabilnak kell lennie egy 20 °C és 80 °C közötti hõmérséklet-tartományban. Ráadásul a tasak olyan kénsavoldatba van merítve, amelynek koncentrációja 0,5 és 5 mol/l között változhat. A nyomást kifejtõ anyagnak tehát kénsavas környezetben is stabilnak kell lennie. A nyomást kifejtõ anyagnak továbbá az összes tulajdonságát meg kell õriznie az akkumulátor elõírt élettartamának megfelelõ idõtartam alatt, ami egy átlagos kb. 25 °C¹os hõmérséklet esetén több mint 5 év. A 441 anyagot elõnyösen az alábbiak közül választjuk: térhálósított poliuretánhab, elasztomer vagy kaucsuk nyílt struktúrájú habja, a fent említett anyagok, vagyis a térhálósított poliuretán, az elasztomer vagy a kaucsuk méhsejtszerû struktúrája. Más anyagok szintén alkalmazhatók. A tasakot a roncsolását követõen újból lezárjuk, amennyiben a 441 anyag közepesen stabil kénsavas közegben. Ily módon elkerüljük az anyag bárminemû érintkezését a kénsavval. A tasakon kialakított nyílás vissza is zárható. A tasak oldalai elõnyösen polipropilénbõl és/vagy polietilénbõl vannak, ami stabil kénsavas közegben. A 7. ábrán olyan 30 elválasztóelemek láthatók, amelyek elõnyösen a köteg 2. ábrán látható elektródáitól eltérõ 24 és 28 elektródák közé van behelyezve. Minden egyes 30 elválasztóelem egy 301 filcrétegbõl és egy arra ragasztással ráhelyezett 302 bordázott rétegbõl áll. A 301 filcréteg elõnyösen üveggyapotból van, míg a 302 bordázott réteg célszerûen polietilénbõl van. A 302 bordázott réteg egy olyan 304 lemezt tartalmaz, amelyen szabályos közönként 303 bordák vannak kiképezve. Az egyes bordák közötti 306 távolság célszerûen 3,5–4 mm. A 304 lemez 305 vastagsága körülbelül 0,5 mm. A 303 bordáknak a 304 lemez aljától mért teljes magassága a 308 magasság, amelynek értéke körülbelül 1,5–1,75 mm. A 301 filcréteg 309 vastagsága körülbelül 0,7 mm. A 30 elválasztóelem teljes 307 vastagsága körülbelül 2,2–2,45 mm. Nyilvánvaló, hogy az imént említett méretek nem korlátozó értelmû példaként lettek megadva. Amint a 4. ábrán látható, az elektródák kötegének megtámasztása vagy elõfeszítése javítható egy 12 éknek akár a 440 tasak és a 3 vagy 6 fal közé, akár egy tasak és egy 48 köteg közé történõ behelyezésével. A 12 ék alkalmazása révén kiküszöböljük egy nem megerõsített tartály deformálódását is. A 4. ábrán egy olyan akkumulátorra látható példa, amely hat rekeszt tartalmaz, azonban a rekeszek száma tetszõleges lehet.
2
SZABADALMI IGÉNYPONTOK
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
1. Eljárás akkumulátor elektródáiból (24, 28) álló köteg (48) összenyomására, amely során a köteget elhelyezzük az akkumulátor tartályának (40) belsejében, azzal jellemezve, hogy az eljárás további lépésekként: egy kezdetben porózus, elasztikus anyagot (441) tartalmazó tasakot (440) helyezünk el a tartály (40) legalább egy fala (3, 6) és a köteg (48) között, amely anyag vákuum segítségével vagy mechanikusan össze van nyomva és amely tasak kezdetben a gázok szempontjából hermetikusan le van zárva; létrehozunk egy nyílást a tasakon (440) a tasak (440) roncsolásával oly módon, hogy a tasakban lévõ, kezdetben összenyomott anyag kitáguljon és nyomóerõt fejtsen ki a tartály (40) falának (3, 6) támaszkodó kötegre (48). 2. Az elõzõ igénypont szerinti eljárás, ahol a nyílást a tasak feltépésével, legalább részben történõ kivágásával vagy kilyukasztásával hozzuk létre. 3. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, amely során a tasakot a roncsolását követõen visszazárjuk. 4. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, amely során a köteg elektródái (24, 28) közé elválasztóelemeket (30) helyezünk, amely elválasztóelemek filcréteget (301) és egy ahhoz ragasztással rögzített, bordázott réteget (302) tartalmaznak. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, amely során egy éket (12) helyezünk el a tasak (440) és a fal (3, 6) közé vagy a tasak és a köteg közé. 6. Tasak akkumulátor elektródáiból (24, 28) álló köteg összenyomására, amelynek olyan oldalai (442) vannak, amelyeken nyílás alakítható ki, és amely tasak egy olyan összenyomott, elasztikus anyagot (441) tartalmaz, amely anyag a tasak oldalain (442) lévõ nyílás létrehozását követõen képes kitágulni, azzal jellemezve, hogy olyan fület (443) tartalmaz, amely megkönnyíti az oldalakon (442) a nyílás létrehozását vagy az oldalak újbóli lezárását. 7. Az elõzõ igénypont szerinti tasak, ahol az anyag vákuum segítségével vagy mechanikusan van összenyomva. 8. Az elõzõ két igénypont bármelyike szerinti tasak, ahol az oldalak (442) kezdetben a gázok szempontjából hermetikusan záró módon vannak kialakítva, ugyanakkor alkalmasak a nyílás létrehozása céljából roncsolás végrehajtására oly módon, hogy az oldalak roncsolása megszünteti a tasak légmentes lezárását. 9. Az elõzõ három igénypont bármelyike szerinti tasak, ahol az oldalak (442) polipropilénbõl és/vagy polietilénbõl vannak és az anyag az alábbiak közül választott porózus anyag: térhálósított poliuretánhab, elasztomer vagy kaucsuk nyílt szerkezetû habja, vagy térhálósított poliuretán, elasztomer vagy kaucsuk méhsejtszerkezetû struktúrája. 10. Akkumulátor, amely tartalmaz: tartályt (40),
1
HU 005 692 T2
legalább egy, elektródákból (24, 28) álló köteget (48), amely köteg a tartály belsejében van elhelyezve, és a tartály (40) egyik fala (3, 6) és a köteg (48) között elrendezett legalább egy, elasztikus anyagot (441) tartalmazó tasakot (440), amely anyag nyomóerõt fejt ki a kötegre (48), miközben a tartály (40) falának (3, 6) tá-
5
5
2
maszkodik, azzal jellemezve, hogy a tasak (440) a 6–9. igénypontok bármelyike szerinti tasak. 11. Az elõzõ igénypont szerinti akkumulátor, ahol a köteg elválasztóelemeket (30) tartalmaz az elektródák (24, 28) között, amely elválasztóelemek filcrétegbõl (301) és egy ahhoz hozzáragasztott, bordázott rétegbõl (302) állnak.
HU 005 692 T2 Int. Cl.: H01M 10/04
6
HU 005 692 T2 Int. Cl.: H01M 10/04
7
HU 005 692 T2 Int. Cl.: H01M 10/04
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
