Некоторое содержание этого приложения в настоящий момент недоступно.
Если эта ситуация сохраняется, свяжитесь с нами по адресуОтзывы и контакты
1. (WO2019037812) PRESSURE-NEUTRAL BATTERY FOR USE IN THE DEEP SEA
Примечание: Текст, основанный на автоматизированных процессах оптического распознавания знаков. Для юридических целей просьба использовать вариант в формате PDF

Anmelder

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, Deutschland

Bezeichnung

Druckneutrale Batterie zum Einsatz in der Tiefsee

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckneutrale Batterie zum Einsatz in der Tiefsee mit zumindest einer Batteriezelle, die in zumindest einem Gehäuse angeordnet, mit einem nicht-auswaschbaren Elektrolyten gefüllt und gasblasenfrei in eine Druckflüssigkeit eingebettet ist, einer oberhalb der Batteriezellen am Gehäuse angeordneten Deckplatte und einem unterhalb der Deckplatte angeordneten reversibel verformbaren Druckausgleichselement zum Druckausgleich zwischen der Druckflüssigkeit und dem auf die Batteriezelle einwirkenden hydrostatischen Druck und auf ein Verfahren zur Herstellung der druckneutralen Batterie.

Zur Erforschung der benthischen und pelagialen Gebiete der Tiefsee (90% aller Meere haben eine Tiefe zwischen 1000 m und 5000 m) werden ferngesteuerte oder autonome Messgeräte und Fahrzeuge eingesetzt. Mit deren Hilfe können Daten aller Art über den Boden, die Bewohner und das Wasser der Tiefsee gewonnen werden. Zur Energieversorgung der agierenden Komponenten werden zumeist Batterien verwendet, die jedoch dem großen hydrostatischen Druck in der Tiefsee standhalten müssen. Zur entsprechenden Ertüchtigung der Batterien werden zwei grundsätzlich verschiedene Konzepte verfolgt. Zum einen werden druckstabile Behälter für die Batterien eingesetzt, die eine große Druckdifferenz zwischen Innenraum und Außenraum zulassen. Zum anderen werden druckneutrale

Systeme (DNS, auch drucktolerante Systeme, engl, pressure tolerant Systems) eingesetzt, bei denen alle Komponenten gleichmäßig und damit stabilisierend von allen Seiten dem hohen Druck ausgesetzt werden. Druckdifferenzen treten somit nicht auf. Grundvoraussetzung für ein DNS ist, dass die Komponenten auch unter hohen Drücken funktionsfähig sind. Neben Feststoffen werden daher Druckfluide eingesetzt, die alle ggfs. vorhandenen Lufträume (Druckkammern) in der Komponente ausfüllen und somit kompressible Räume vermeiden. DNS benötigen somit keine stabilen Druckbehälter und können in allen Tiefen eingesetzt werden. Ebenso entfallen die zu berücksichtigenden vergrößerten Bauraumabmessungen sowie druckdichten Durchführungen und Zugänge in das Innere der Druckbehälter mit komplexen Öffnungs- und Schließprozeduren. Es ergibt sich eine erhebliche Gewichtsreduktion und damit Kosteneinsparung. Zu unterscheiden sind feststoffbasierte DNS (vollständiger Einguss in einen seewasserresistenten Kunststoff) und flüssigkeitsbasierte DNS (vollständiges Ausfüllen aller Druckkammern mit einer Druckflüssigkeit). Bei den flüssigkeitsbasierten DNS muss zur Druckübertragung zwischen dem Innenraum der Komponente und Tiefseeumgebung ein in seinen Abmessungen veränderbares Druckausgleichselement vorgesehen sein. Hierbei kann es sich um einen verschieblichen Kolben, einen Faltenbalg, eine dehnfähige Membran oder ein verformbares Kissen handeln.

Stand der Technik

Aus der US 3 717 078 A ist für Unterwasseranwendungen das Grundprinzip für ein bezüglich des Drucks ausbalanciertes System zum Schutz von Komponenten, die nicht salzwasserfest sind, bekannt. In einem einfachen, nicht druckfesten Gehäuse befinden sich eine Batterie und ein Motor als nichtsalzwasserfeste Komponente (zur Versorgung einer salzwasserfesten Kamera außerhalb des Gehäuses) in einem Ölbad. Die Komponenten selbst sind druckfest, aber nicht mit Öl gefüllt. Im Gehäuse befindet sich eine Membran, die für einen Druckausgleich zwischen dem Öl und der umgebenden hydrostatischen Wassersäule sorgt. Aus der DE 10 2009 032 364 B4 ist eine Vorrichtung für den Unterwasserbetrieb bekannt, bei der die Druckkammern in ihrem Volumen minimiert und die Einbauten druckneutral ausgebildet sind. Der zugehörigen Doktorarbeit„Aufbau druckneutraler, autonomer Unterwasserfahrzeuge in der Tiefsee" (M. Lück, TU Berlin 2010, im Internet abgerufen am 14.08.2017 unter der URL1 ) ist zu entnehmen, dass vollvergossene Lithium-Polymer-Batterien (Seite 92 unten) eingesetzt werden. Ein solcher Batterieblock ist beispielsweise aus dem Prospektblatt„Druckneutraler Lithium-Polymer-Batterieblock 26V/80Ah" der Fa. Enitech vom Januar 2014 bekannt (im Internet abgerufen am 14.08.2017 unter der URL 2). In der Einleitung der Doktorarbeit (Seite 37, 38) ist weiterhin zu lesen, dass fluidkompensierte DNS einen Kompensator, eine einzelne deformierbare Wand oder einen formlosen Beutel, in dessen Inneren die Komponenten angeordnet sind, als Druckausgleichselement aufweisen können. Formlose Beutel haben den Vorteil, dass sie eine maximale Deformation zulassen und teure Kompensatoren ersetzen. Nachteilig sind zusätzliche Befestigungselemente und leichte Verletzbarkeit durch die innenliegenden Komponenten. Aus der Veröffentlichung„Pressure-Tolerant Lithium Polymer Bat-teries" (R. Wilson, Sae Technology, April 2009, im Internet abgerufen am

14.08.2017 unter der URL 3) ist eine sehr kompakte Lithium-Polymer-Batterien bekannt, die ebenfalls vollvergossen ist. Ein Nachteil vollvergossener Batterien ist aber in der Aufgabe der eingegossenen Komponenten zu sehen, auf die kein Zugriff mehr besteht. Aus der US 9 637 994 B2 und der Veröffentlichung„Technical Overview of a Safe, Configurable, Pressure tolerant, Subsea Lithium Ion Battery System for Oil and Gas Deep Water Fields" (L. D. Adams 2013, im Internet abgerufen am 14.08.2017 unter der URL 4) ist es weiterhin bekannt, die Batterien in umgebende Gehäuse einzusetzen, die mit Drucköl gefüllt sind und seitlich oder oben eine Druckausgleichsmembran aufweisen.

Der der Erfindung nächstliegende Stand der Technik wird in der CN 102637840 A (automatische Übersetzung durch Patent Translate - powered by EPO and Google) offenbart. Beschrieben wird eine druckneutrale Batterie zum Einsatz in der Tiefsee mit mehreren Batteriezellen (Polymer-Lithium-Batterie mit einem gel-förmigen Elektrolyten), die in einem Gehäuse angeordnet und gasblasenfrei von einem Drucköl als Druckflüssigkeit umgeben sind. Das Gehäuse weist einen Bo-

den und vier Seitenwände auf. Nach oben hin ist es offen. Oberhalb der Batteriezellen ist am Gehäuse eine Deckplatte in der Ausbildung eines gefalzten Deckels angeordnet und mit einer Vielzahl von Schrauben mit dem Gehäuse verschraubt. Der Deckel weist eine Vielzahl von Löchern auf und lässt das Umgebungsmedium in das Innere des Gehäuses eintreten. Unterhalb des Deckels ist ein reversibel verformbares Druckausgleichselement zum Druckausgleich zwischen dem

Drucköl und dem auf die Batteriezellen einwirkenden hydrostatischen Druck angeordnet. Das Druckausgleichselement ist als offener Faltenbalg ausgebildet, der die Druckölfüllung im Gehäuse druckdicht abschließt. Auf seiner Oberseite wird der Faltenbalg vom Wasserdruck beaufschlagt. Durch reversible Veränderung seiner Form überträgt der Faltenbalg den Wasserdruck auf das Drucköl und damit auf die Batteriezellen, sodass ein druckneutrales System gegeben ist. An der Unterseite weist das Gehäuse ein Zufuhrventil für das Drucköl auf. Der Faltenbalg weist ein Überlaufventil auf, das anspricht, wenn bei der Befüllung der Batterie der gesamte Raum zwischen Gehäuse und Faltenbalg mit Drucköl ausgefüllt ist. Bei dem Faltenbalg handelt es sich aber um ein relativ aufwändiges Druckausgleichselement, welches druckdicht am Gehäuse befestigt werden muss. Durch seine Größe vergrößert es die erforderliche Menge an einzubringendem Drucköl.

Aus der DE 10 2010 041 131 A1 ist es weiterhin bei einer wartungsfreien Batterie für Kraftfahrzeuge bekannt, im Inneren ein flexibles Druckausgleichselement in Form eines luftgefüllten Hohlkörpers vorzusehen. Beim Laden entwickeln sich im Inneren der Batterie Gase aus dem Elektrolyten, die normalerweise über ein Ventil ins Freie abgelassen werden. Dies führt dauerhaft aber zu einer Austrocknung der Batterie, sodass Wasser nachgefüllt werden muss. Ohne Nachfüllen verringert sich die Zahl der Ladezyklen bedeutsam. Bei wartungsfreien Batterien werden die Gase im Inneren der Batterie gehalten und gelangen beim Entladen wieder in den Elektrolyten zurück. Der beim Austreten entstehende Druckanstieg wird durch eine reversible Deformation des Druckausgleichselements kompensiert. Eine Druckölfüllung ist nicht vorgesehen. Für einen druckneutralen Betrieb ist eine derartige Batterie daher nicht geeignet. Aus der DE 10 2012 217 630 A1 ist es schließlich bekannt, mehrere Batteriezellen ohne weiteres umgebendes Gehäuse

durch einen oberen Deckel und ein azimutal umlaufendes Spannband miteinander zu verbinden. Dabei weist der Deckel umlenkende Öffnungen zu den Entgasungsöffnungen der einzelnen Batteriezellen auf. Über seitliche Adapterplatten werden die Batteriezellen kontaktiert. Auch eine derartige Batterie ist für einen druckneutralen Betrieb aber nicht geeignet.

Ausgehend von dem zuvor erläuterten nächstliegenden Stand der Technik ist die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin zu sehen, die eingangs beschriebene gattungsgemäße druckneutrale Batterie zum Einsatz in der Tiefsee so weiterzubilden, dass eine besonders einfache Ausgestaltung hinsichtlich Konstruktion und Handhabung unter möglichst weitgehendem Einsatz von handelsüblichen Komponenten erreicht wird. Dabei sollen alle Vorteile eines druckneutralen Systems erhalten bleiben. Die Lösung für diese Aufgabe ist dem Hauptanspruch zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt und im Folgenden im Zusammenhang mit der Erfindung näher erläutert. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden dann noch ein bevorzugtes Mittel zur Anwendung bei der Erfindung und ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Erfindung unter Anwendung des Mittels aufgezeigt.

Erfindungsgemäß ist bei der beanspruchten druckneutralen Batterie vorgesehen, dass das zumindest eine Gehäuse die Batteriezellen vollständig umgibt und ventilfrei ist und auf seiner Oberseite zumindest eine Öffnung im Bereich der Druckflüssigkeit aufweist. Weiterhin ist die beanspruchte Batterie erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte druckdicht mit der Oberseite des Gehäuses verbunden ist, wobei die Deckplatte auf ihrer Unterseite eine oberhalb der Öffnung liegende und von der Druckflüssigkeit ausgefüllte Aussparung aufweist. Schließlich wird erfindungsgemäß beansprucht, dass das reversibel verformbare Druckausgleichselement in der Aussparung der Deckplatte liegt und als geschlossener Druckbeutel mit einem offenen Zuleitungsschlauch, der aus der Deckplatte druckdicht herausgeführt ist, ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen druckneutralen Batterie sind die Batteriezellen von einem geschlossenen Gehäuse umgeben und damit sicher gekapselt. Dabei ist das Gehäuse aber kein Druckgehäuse und muss nicht großen Druckdifferenzen standhalten. Insbesondere kann das Gehäuse somit auch aus einem dünnen, leichten und kostengünstigen Kunststoff sein. Auf der Oberseite weist das Gehäuse eine oder mehrere Öffnungen auf, die einen Zugang zu der Druckflüssigkeit ermöglichen. Ein Einfüllen der Druckflüssigkeit in das Gehäuse und damit in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Batterienzellen ist somit ohne weiteres möglich. Hohlräume, die unter Druck wie Druckkammern wirken und komprimiert werden können, sind sicher vermieden. Ein Austreten der Druckflüssigkeit unter hydrostatischem Druck aus der Batterie wird sicher vermieden durch die erfindungsgemäße Deckplatte, die druckdicht mit der Oberseite des oder der Gehäuse verbunden ist. Dabei kann die Verbindung bevorzugt mit einem dauerelastischen, hochadhäsiven Kleber erfolgen, wie er beispielsweise beim Verkleben von Metallen („Stahlkleber") bekannt ist. Hingegen muss sich auch Druckflüssigkeit in der Aussparung in der Deckplatte befinden. Hier ist das Druckausgleichselement angeordnet, sodass die Deckplatte auch als„Kompensationsdeckel" oder „Kompensationsadapter" bezeichnet werden kann. Bei der Erfindung wird ein reversibel verformbarer druckdichter Druckbeutel eingesetzt, der im Einsatzfall unter Wasser auf seiner Außenseite von der Druckflüssigkeit umgeben und in seinem Inneren vom Wasser ausgefüllt ist, das den der Tauchtiefe entsprechenden hydrostatischen Druck ausübt. Dieser wird dann über den Druckbeutel auf die Druckflüssigkeit übertragen. Es kommt zu einem Druckausgleich, auf alle Komponenten wird gleichmäßig der gleiche große hydrostatische Druck ausgeübt. Befindet sich die Batterie in luftiger Umgebung, ist der Druckbeutel mit Luft gefüllt. Ventile treten bei der erfindungsgemäßen Batterie nicht auf. Hierdurch ist sicher das Eindringen von Wasser in großen Tiefen vermieden.

Der Druckbeutel kann in der Aussparung„atmen". Bei ansteigendem Druck wird der Druckbeutel in seinem Volumen durch den in seinem Inneren zunehmenden Wasserdruck größer und drückt die Druckflüssigkeit zunehmend zusammen. Bei geringer werdendem Druck wird der Druckbeutel in seinem Volumen durch den in seinem Inneren abnehmenden Wasserdruck wieder kleiner und lässt eine Expan-

sion der Druckflüssigkeit zu. Beim Befüllen mit Druckflüssigkeit kann über die eingefüllte Menge eingestellt werden, ob der Druckbeutel zu Beginn des Absenkens der Batterie in die vorgesehene Tauchtiefe eher voll oder leer ist. Die optimale Füllmenge hängt vom Einsatzprofil der Batterie ab. In großen Tauchtiefen wird die Druckflüssigkeit stark zusammengedrückt (es kann mehr Druckflüssigkeit eingefüllt werden), bei starker Wärmeeinwirkung (beispielsweise bei einer Lagerung der Batterie auf einem sonnenbeschienenen Schiffsdeck) dehnt sich die Druckflüssigkeit aus (es kann weniger Druckflüssigkeit eingefüllt werden). In diesem Falle ist der Beutel dann aber auch in seinem Inneren mit Luft gefüllt und kann weitgehend komprimiert werden. Wasser und Luft dringen über den offenen Zuleitungsschlauch in das Innere des Druckbeutels, wobei der Zuleitungsschlauch ebenfalls von Druckflüssigkeit umgeben und druckdicht aus der Deckplatte herausgeführt ist.

Die mit der Erfindung beanspruchte druckneutrale Batterie stellt eine sehr kompakte und kostengünstige Komponente dar, die für Unterwasseranwendungen besonders geeignet ist. Dabei wird es in der Praxis bevorzugt sein, dass jedes in der Tiefsee eingesetzte Gerät eine eigene Batterie erhält, sodass diese relativ klein dimensioniert sein kann. Zentralversorgungen werden vermieden, beim Ausfall einer Batterie können durch die anderen dezentralen Batterien die anderen Geräte noch weiterbetrieben werden. In der Tiefsee werden bevorzugt wiederauf-ladbare Sekundärbatterien eingesetzt. Ist deren Leistungsfähigkeit jedoch nicht ausreichend, können auch Primärbatterien, die im Gegensatz zu Sekundärbatterien nicht wiederaufladbar sind, eingesetzt werden. Dies ist aber nicht nachteilig, da je nach Dimensionierung und Leistungsabforderung eine derartige Primärbatterie einen Dauerbetrieb von einem Jahr unter Wasser ermöglichen kann. Ein besonderer Vorteil bei der mit der Erfindung beanspruchten druckneutralen Batterie besteht darin, dass keine druckstabilen Gehäuse, die groß, schwer, aufwändig in ihrer Handhabung und teuer sind, eingesetzt werden. Vielmehr ist die beanspruchte Batterie in ihrem Gewicht besonders gering und in ihren Abmaßen äußerst flexibel und nur festgelegt durch die Anzahl und Anordnung der eingesetzten Gehäuse mit Batteriezellen (ein Gehäuse zusammen mit den eingeschlosse-

nen Batteriezellen wird als Batterieblock definiert). Die Anzahl ist wiederum abhängig von der erforderlichen Leistung der Batterie. Die Anordnung ist abhängig von der reihen- und/oder spaltenweisen Positionierung der Batterieblöcke in der Batterie. Die Gehäuse der Batteriezellen bilden direkt die Außenseite der Batterie. Nicht zuletzt trägt auch die besondere Ausgestaltung des reversibel verformbaren Druckausgleichselements zu der besonderen Kompaktheit und Kostengünstigkeit der beanspruchten Batterie bei. Durch die Verwendung eines geschlossenen Druckbeutels kann - gegenüber den bekannten Ausführungsformen mit zumeist rotationssymetrischen Bauformen - ein besonders flaches und damit platzsparendes Kompensationsmittel zur Verfügung gestellt werden.

Vorteilhaft und bevorzugt ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass auf der Oberseite des Gehäuses Anschlusspole vorgesehen sind, die von einem Anschlusskabel kontaktiert sind, das in der Aussparung in der Deckplatte angeordnet und druckdicht aus der Deckplatte herausgeführt ist. Wenn mehrere Gehäuse mit Batteriezellen nebeneinander angeordnet werden, können die Pole entsprechend in Reihen- oder Parallelschaltung miteinander und mit den Anschlusspolen verbunden werden. Bevorzugt und vorteilhaft ist es dann, wenn die Anschlusspole auf den Oberseiten der Gehäuse elektrisch leitend miteinander verbunden und von dem Anschlusskabel kontaktiert sind. Die druckdichte Herausführung des Anschlusskabels aus der Deckplatte kann beispielsweise durch Einkleben mit einem elastischen Kleber umgesetzt werden. Damit das Anschlusskabel beweglich ist und optimal mit dem zu versorgenden Gerät verbunden werden kann, ist es weiterhin bevorzugt und vorteilhaft, wenn eine Abschrägung in der Deckplatte im Bereich der druckdichten Herausführung des Anschlusskabels vorgesehen ist. Beispielsweise kann einfach die ganze Ecke ausgespart werden, sodass das Anschlusskabel in jeder abgehenden Richtung einfach positionierbar ist.

Das Befüllen der Gehäuse mit Drucköl kann vor oder nach dem Aufsetzen der Deckplatte erfolgen. Im zweiten Fall ist es bevorzugt und vorteilhaft, wenn in der Deckplatte ein Zuführungskanal für die Druckflüssigkeit angeordnet ist, der in der Aussparung endet und druckdicht verschließbar ist. Der Zuführungskanal endet über zumindest einer Öffnung pro vorgesehenem Gehäuse. Der druckdichte Verschluss kann beispielswiese durch einen Verschlussstopfen mit Elastomerdichtung umgesetzt werden. Werden wiederaufladbare Batterieblöcke eingesetzt, ist es vorteilhaft, beim Ladevorgang ggfs. entstehende Gase, die in das Drucköl übertreten, aus diesem auch wieder entweichen zu lassen, indem die Batterieblöcke geöffnet werden. Das erfolgt durch Entfernen des Verschlussstopfens, da es keine weiteren Öffnungen in den Innenraum der Batterieblöcke gibt (alle ggfs. vorhandenen Ventile wurden entfernt). Bei einer tiefen Entladung kann unter hohem hydrostatischem Druck ebenfalls Gas entstehen, das beim Auftauchen zur „Dekompressionskrankheit" führen kann. Das Ausgasen beim Laden und Entladen kann aber generell vermieden werden, wenn die maximale Kapazität der Batterieblöcke nicht voll ausgenutzt und der Lade- und Entladevorgang vorsichtig durchgeführt wird. Vorteilhafterweise erfolgt das Befüllen der Batterieblöcke ein-oder mehrfach alternierend mit einer Entlüftung im Vakuum (beispielsweise in einer Vakuumkammer), um eine luftblasenfreie Füllung sicher garantieren zu können. Das Befüllen erfolgt unter Atmosphärendruck beispielsweise mit einer einfachen Spritze. Beim Befüllen ist der Druckbeutel mit Luft auf seinen normalen Volumenzustand aufgebläht und druckdicht verschlossen. Sobald Drückflüssigkeit aus dem Zuführungskanal austritt, wird der Füllvorgang abgebrochen.

Eine einfache Montage und Handhabbarkeit ergibt sich bei der druckneutralen Batterie nach der Erfindung, wenn bevorzugt und vorteilhaft die Deckplatte durchsichtig ausgebildet ist. Dies ermöglicht einen Einblick in den Innenraum der Batterie bzw. der beteiligten Gehäuse. Als Material für die Deckplatte kann beispielsweise transparentes Polymethylmethacrylat PMMA oder Polycarbonat PC eingesetzt werden, welche dauerhaft resistent gegen Salzwassereinwirkung sind, wobei PC noch schlagfester ist. ist. Um zusätzliche Öffnungen in der Deckplatte zu vermeiden, die druckdicht abzudichten wären, ist es weiterhin bevorzugt und vorteilhaft, wenn die Deckplatte mit der Oberseite des Gehäuses elastisch verklebt ist. Hierbei wird bevorzugt ein dauereleastischer, hochadhäsiver und salzwasser-resistenter Kleber auf Silikonbasis verwendet, wie er beim Verkleben von Stahltei- len eingesetzt wird. Bevorzugt und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn mehrere Gehäuse mit jeweils mehreren Batteriezellen benachbart angeordnet sind und die Deckplatte unmittelbar und druckdicht mit der Oberseite aller Gehäuse verbunden ist. Die Deckplatte überdeckt dann alle Gehäuse auf deren Oberseite, hält sie zusammen und schützt sie. Durch das Vorsehen mehrerer Gehäuse mit Batteriezellen (Batterieblöcke) ist Redundanz gegeben. Fällt ein oder mehrere Batterieblöcke aus, können (je nach vorgesehener Anzahl) die verbleibenden funktionsfähigen Batterieblöcke die Energieversorgung trotzdem aufrechterhalten. Bei einer größeren Anzahl von Batterieblöcken und damit bei einer großen Abmessung der Batterie ist es darüber hinaus bevorzugt und vorteilhaft, wenn mit der Unterseite der benachbart angeordneten Gehäuse eine Stabilisierungsplatte verbunden ist. Hierbei kann es sich um eine einfache Kunststoffplatte handeln, die die Grundmaße der Batterie aufweist und mit der Unterseite aller Gehäuse verklebt ist.

Die eingesetzte Druckflüssigkeit verhindert bei der beanspruchten druckneutralen Batterie ein Komprimieren von gasgefüllten Druckkammern im Innenraum unter hohem hydrostatischem Druckeinfluss. Bevorzugt und vorteilhaft wird ein Drucköl eingesetzt. Dabei kann es sich insbesondere um ein kommerziell erhältliches Pa-raffinöl oder auch Weißöl handeln. Weiterhin werden bevorzugt und vorteilhaft als Gehäuse mit den Batterienzellen kommerziell erhältliche wartungsfreie Primäroder Sekundär-Batterieblöcke mit rechteckigem Gehäuse eingesetzt. Dabei weisen diese bevorzugt und vorteilhaft einen Blei-Vlies-Elektrolyten auf. Hierbei wird der Elektrolyt als Gel in dem Vlies gehalten, weshalb die Batterieblöcke auch lageunabhängig genutzt werden kann. Zusätzlich kann der Elektrolyt noch durch ein modifiziertes Gitter unterstützt werden. Bevorzugt werden unter Wasser bleibasierte Batterien eingesetzt, da lithiumbasierte Batterien starken landesabhängigen Einfuhrkontrollen unterliegen. Außerdem sind Blei-Batterien mit einfacheren und kostengünstigeren Ladegeräten zu laden als Lithiumbatterien. Andere Batterietypen können bei der Erfindung aber ebenfalls ohne weiteres eingesetzt werden, beispielsweise auch Batterien mit einem Feststoff-Elektrolyten. Weiterhin kann bevorzugt und vorteilhaft als Druckbeutel ein kommerziell erhältlicher Schlauchbeutel mit einem integrierten offenen Zuleitungsschlauch eingesetzt ist, wobei in das Ende des offenen Zuleitungsschlauchs ein Dichtungsrohr mit O-Ring eingesetzt ist. Druckdicht festgehalten wird das Dichtungsrohr durch ein Takling (feste Schnurumwicklung) auf dem Zuleitungsschlauch. Dabei ist das Dichtungsrohr in seiner Mitte offen, sodass immer eine Verbindung zwischen dem Beutelinneren und der jeweiligen Umgebung hergestellt ist. Der Schlauchbeutel ist also immer mit dem entsprechenden Medium (Wasser oder Luft) in gefüllt. Derartige Schlauchbeutel sind im medizinischen Sektor weit verbreitet und als Infusions-Urin- oder Sekretbeutel in unterschiedlichen Volumengrößen und in der Regel aus Polyvinylchlorid bestehend am Markt erhältlich. Sie weisen immer einen Zuleitungsschlauch auf, der an seinem freien Ende verschließbar ist. Die Schlauchbeutel bestehen aus einem festen, reversibel verformbaren Kunststoff und lassen sich einfach auf das gewünschte Volumen zuschneiden und wieder verschweißen. Eine Verwendung von aluminiumbedampften Mehrschichtbeuteln, wie sie beispielsweise als Getränkebeutel bekannt sind, können ebenfalls eingesetzt werden.

Schließlich wird mit der Erfindung auch noch ein Verfahren zur Herstellung der zuvor erläuterten druckneutralen Batterie in speziellen Ausführungsformen beansprucht, das sich durch seine besondere Einfachheit und die Verwendung von vornehmlich kommerziell erhältlichen Einzelkomponenten auszeichnet und zu einer besonders kostengünstigen druckneutralen Batterie führt. Entsprechend der erforderlichen Leistung werden mehrere wartungsfreie Primär- oder Sekundär-Batterieblöcke mit rechteckigem Gehäuse in Reihen und Spalten nebeneinander benachbart angeordnet. Beispielsweise können zwei Batterieblöcke 24V/12Ah oder 24V/7Ah mit ihren Schmalseiten aneinandergestellt werden. Weisen die Batterieblöcke Entlüftungsventile auf (zum Gasablass in die Atmosphäre), werden diese entfernt. Weiterhin werden eine oder mehrere Öffnungen in die Oberseite jedes Batterieblocks gesägt. Dabei berührt die Druckflüssigkeit jede Batteriezelle und damit auch den Elektrolyten komplett. Es sind daher nur solche Batterieblöcke bei der Erfindung einsetzbar, bei der Elektrolyt nicht auswaschbar ist. Batterieblöcke mit einem wässrigen Elektrolyten oder mit einlaminierten Batteriezellen, in denen sich Druckkammern befinden können, können bei der Erfindung nicht

eingesetzt werden. Anschließend werden die elektrischen Pole der Batterieblöcke miteinander verschaltet (Reihen- oder Parallelschaltung) und zu zwei Anschlusspolen zusammengeführt. Parallel wird eine Deckplatte erzeugt, die die Anforderungen erfüllt. Beispielsweise kann aus einer dicken Platte aus transparenten Po-lymethylmethacrylat oder Polycarbonat die Deckplatte herausgeschnitten und die Aussparung passend für den Druckbeutel und die Öffnungen in den Batterieblöcken herausgefräst werden. Anschließend wird ein einfacher Schlauchbeutel in seinem Volumen durch Abschneiden und Verschweißen an die Aussparung an-gepasst. In das Ende seines Schlauches wird ein Dichtungsrohr eingepasst. Dann wird der Schlauchbeutel in die Aussparung gelegt, wobei der Zuleitungsschlauch und das Dichtungsrohr in den zweiten Abschnitt der Aussparung druckdicht eingepasst werden. Dann wird ein Anschlusskabel in den ersten Abschnitt der Aussparung eingelegt und durch Verkleben druckdicht aus der Deckplatte herausgeführt. Anschließend wird das Anschlusskabel an die beiden Ausgangspole der Batterieblöcke elektrisch angeschlossen. Als nächstes wird die Deckplatte mit der Aussparung nach unten auf die Oberseiten der Batterieblöcke druckdicht aufgeklebt. Die Transparenz der Deckplatte hilft dabei bei der Justierung und Kleberverteilung. Dann werden die Batterieblöcke durch den dritten Abschnitt der Aussparung und die Öffnungen auf der Oberseite der Gehäuse mit Drucköl gefüllt, wobei die Einfüllmenge von der Anwendung der druckneutralen Batterie abhängig ist. Nach dem Verschließen der dritten Aussparung mit dem Verschlussstopfen ist die druckneutrale Batterie fertiggestellt und einsatzbereit. Zusätzlich können noch die benachbart angeordneten Batterieblöcke miteinander verklebt werden und/oder die Stabilisierungsplatte auf der Unterseite der benachbart angeordneten Batterieblöcke angeklebt und/oder die Batterieblöcke beim Füllen mit der Druckflüssigkeit unter Vakuum entgast werden. Das erfolgt beispielsweise in einer abgeschlossenen Vakuumkammer. Da es hierbei schwierig ist, Anschlussleitungen aus dem Vakuum herauszuführen, können die Batterieblöcke außerhalb der Druckkammer mit Öl befüllt und anschließend zum Entgasen in die Druckkammer gestellt und unter Vakuum gesetzt werden. Dieser Vorgang kann auch mehrfach wiederholt werden, bis alle Gasblasen zuverlässig aus der Batterie ausgetreten sind. Bei einer Druckkammer mit einer Zuleitungsmöglichkeit kann auch der gesamte Füllvorgang im Vakuum erfolgen, wobei dafür zu sorgen ist, dass die Druckflüssigkeit sicher in das Innere der Batterie gelangt. Weitere Details zur Erfindung und ihren Ausführungsformen sind den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele

Nachfolgend werden die druckneutrale Batterie zum Einsatz in der Tiefsee nach der Erfindung und ihre vorteilhaften Modifikationen anhand der schematischen Figuren zum besseren Verständnis der Erfindung noch weitergehend erläutert. Dabei zeigt die

Fig. 1 die druckneutrale Batterie in der perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 die druckneutrale Batterie in der Explosionsdarstellung,

Fig. 3A die Deckplatte in der perspektivischen Draufsicht,

Fig. 3B die Deckplatte in der perspektivischen Unteransicht und

Fig. 3C die Deckplatte im Längsschnitt.

In der Fig. 1 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine druckneutrale Batterie 01 nach der Erfindung gezeigt. In einer Darstellung nicht ausreichend deutlich zu erkennende Bezugszeichen sind den anderen Figuren zu entnehmen. Zu erkennen sind im unteren Bereich zwei Gehäuse 02, in denen sich jeweils mehrere Batteriezellen 03 (in einem Aufbruch des Gehäuses 02 angedeutet) befinden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um zwei handelsübliche Batterieblöcke 04 der japanischen Firma YUASA® mit einem Blei-Vlies-Elektrolyten, die jeweils vollständig von ihrem rechteckigen Gehäuse 02 umgeben sind. Die Gehäuse 02 bilden auch das äußere Gehäuse der druckneutralen Batterie 01 , weitere umgebende Gehäuse treten nicht auf. Bei den beiden Batterieblöcken 04 kann es sich beispielsweise um 24 V, 12 Ah Akkumulatoren (Sekundärbatterien, wieder-aufladbar) handeln mit den Abmaßen L 303 mm x B 98 mm x H 1 16 mm und einem Trockengewicht von 9,4 kg. Werden 24 V, 7 Ah Akkumulatoren eingesetzt,

liegen die Abmaße bei L 303 mm x B 65 mm x H 1 16 mm und das Gesamtvolumen bei ca. 2,2 I. Die beiden Batterieblöcke 04 sind modifiziert, indem ggfs. vorhandene Ventile, die Niederdruckventile zum Gasablassen, entfernt und alle Hohlräume zwischen den Batteriezellen 03 gasblasenfrei mit einer Druckflüssigkeit 05 gefüllt sind. Zum Befüllen sind in jeden Batterieblock 04 sechs Öffnungen 06 in die Oberseiten 07 eingebracht. Bei der Befüllung kann beispielsweise ein Drucköl 08 (Weißöl, Handelsname Addinol®WX15™, 1 ,2 I beim größeren Batterieblock 04 mit 12 Ah, 0533 I beim kleineren Batterieblock 04 mit 7 Ah) eingebracht werden.

Oberhalb der Batteriezellen 03 ist eine Deckplatte 09 mit den beiden Gehäusen 02 druckdicht verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist sie mit einem elastischen, hochadhäsiven und transparenten Kleber (Handelsname Sika®flex™) aufgeklebt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Deckplatte 09 aus transparentem Polymethylmethacrylat (Handelsname Plexiglas®) oder Polycarbonat (Handelsname Macrolon®) gefertigt. Die Deckplatte 09 weist auf ihrer Unterseite 10 eine oberhalb der Öffnungen 06 liegende Aussparung 11 auf, die ebenfalls vom Drucköl 08 ausgefüllt ist. In der Aussparung 11 befindet sich ein reversibel verformbares Druckausgleichselement 12, das als geschlossener Druckbeutel 13 mit einem offenen Zuleitungsschlauch 14 ausgebildet ist. Der Zuleitungsschlauch 14 ist in einem zweiten Abschnitt 15 der Aussparung 11 angeordnet und weist an seinem offenen Ende 34 ein in seiner Mitte offenes Dichtungsrohr 16 auf, mit dem er aus der Deckplatte 09 druckdicht herausgeführt ist. Bei dem Druckbeutel 13 handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um einen handelsüblichen medizinischen Schlauchbeutel 36 aus Polyvinylchlorid (PVC), der in seinem Volumen an die Aussparung 11 angepasst ist. Bei dem größeren Batterieblock 04 wird ein Druckbeutel 13 mit einem Beutelvolumen von 135 ml (bei Einfüllen von 150 ml ist der Druckbeutel 13 prall gespannt) eingesetzt. Für einen angenommenen Volumenschwund von 7% (84 ml) - was der auftretenden Kompressibilität des

Drucköls 08 bei 600bar Umgebungsdruck entspricht - beträgt die Soll-Füllung des Druckbeutels 13 1 170 ml (ganz platter Beutel minus 30 ml). Bei dem kleineren Batterieblock 04 wird ein Druckbeutel 13 mit einem Beutelvolumen von 60 ml ein- gesetzt. Für einen angenommenen Volumenschwund von 7% (38 ml) - was der auftretenden Kompressibilität des Drucköls 08 bei 600bar Umgebungsdruck entspricht - beträgt die Soll-Füllung des Druckbeutels 13 513 ml (ganz platter Beutel minus 20 ml).

Ein Anschlusskabel 17 ist in einen ersten Abschnitt 18 in der Aussparung 11 der Deckplatte 09 eingebracht und druckdicht verklebt. Es dient der Kontaktierung von zwei Anschlusspolen 19, 20 der beiden Batterieblöcke 04. Im vorderen Bereich der Batterieblöcke 04 sind zwei miteinander verbundene elektrische Pole 35 dargestellt, die den Stromkreis schließen. Es handelt sich beispielsweise um ein 60 cm oder 50 cm langes Anschlusskabel 17 mit einem handelsüblichen Stecker 21 (beispielsweise BHF4 der Fa. Subconn®, Pinbelegung Pluspol, Minuspol, zwei Massepole). Für eine gute Führbarkeit des Anschlusskabels 17 weist die Deckplatte 09 im Bereich einer Ecke eine Abschrägung 22 auf. Schließlich ist in der Aussparung 11 noch ein dritter Abschnitt 23 mit einem Zuführungskanal 33 angeordnet, durch den das Drucköl 08 durch die Öffnungen 06 in die Gehäuse 02 der Batterieblöcke 04 und in die Aussparung 11 eingebracht wird. Nach Beendigung der Einfüllung wird der Zuführungskanal 33 mit einem Verschlussstopfen 24 mit einer Elastomerdichtung druckdicht verschlossen.

In der Fig. 2 ist eine Explosionszeichnung der druckneutralen Batterie 01 aufgezeigt. Dargestellt sind wiederum zwei Batterieblöcke 04 mit geschlossenen, eigenständigen Gehäusen 02. Zu erkennen sind jeweils sechs Öffnungen 06 in der Oberseite 07 der Gehäuse 02 und zwei elektrische Pole 35 pro Batterieblock 04. Die elektrischen Pole 35 werden dann jeweils nach Ladung gemeinsam kontaktiert durch die beiden Anschlusspole 19, 20. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Batterieblöcke 04 mit ihren Stirnseiten 26 zueinander in Reihe gesetzt und miteinander verklebt. Eine Reihung mit den Breitseiten (Spaltenbildung) ist ebenso möglich wie eine Anordnung von mehr als zwei Batterien in mehreren Reihen und/oder Spalten. Zur weiteren Stabilisierung der beiden verklebten Batterieblöcke 04 wird noch eine Stabilisierungsplatte 28 aus Kunststoff mit den entsprechenden Abmaßen der beiden gereihten Batterieblöcke 04 an de- ren die Unterseite 27 angeklebt.

Oberhalb der beiden Batterieblöcke 04 ist der reversibel verformbare Druckbeutel 13 in Form eines kommerziell erhältlichen Schlauchbeutels 36 mit dem bereits bei der Herstellung integrierten Zuleitungsschlauch 14 schematisch dargestellt. Darüber ist die Deckplatte 09 dargestellt. Dargestellt ist auch die Abschrägung 22 für das Anschlusskabel 17 mit Stecker 21. Das Anschlusskabel 17 gehört in den ersten Abschnitt 18 der Aussparung 11 (seitliche Öffnung dargestellt) Gut zu erkennen ist, dass sich die Abschrägung 22 nicht über die gesamte Höhe der Deckplatte 09 erstreckt. Es verbleibt eine Grundecke 25, die mit gewährleistet, dass die nach oben offenen Batterieblöcke 04 von der Deckplatte 09 druckdicht verschlossen sind. Weiterhin sind in der Fig. 2 noch das Dichtungsrohr 16 und der Verschlussstopfen 24 dargestellt. Das Dichtungsrohr 16 gehört in den zweiten Abschnitt 15 und der Verschlussstopfen 24 in den dritten Abschnitt 23 der Deckplatte 09 (jeweils seitliche Öffnungen dargestellt).

In der Fig. 3A ist die Deckplatte 09 (Dicke 20 mm) in der perspektivischen Draufsicht dargestellt. Zu erkennen sind die Abschrägung 22 (zur besseren Kabelführung gerundet verlaufend) und die Grundecke 25. Weiterhin sind die Öffnungen für den ersten, zweiten und dritten Abschnitt 18, 15 und 23 der Deckplatte 11 dargestellt.

In der Fig. 3B ist die Deckplatte 09 in der perspektivischen Unteransicht dargestellt. Zusätzlich sind jetzt gut die in den Ecken gerundete Aussparung 11 mit den ersten, zweiten und dritten Abschnitten 18, 15 und 23 und die innere Öffnung 29 für das Anschlusskabel 17 zu erkennen. Dargestellt ist auch ein umlaufender Absatz 30. Dieser dient der Trennung zwischen Klebung und Ölfüllung und dem Abstand zwischen der Deckplatte 11 im Bereich außerhalb der Aussparung und der Oberseite 07 der Gehäuse 02. Auf der Außenseite 31 des umlaufenden Absatzes 30 ist im betriebsfertigen Zustand der druckneutralen Batterie 01 der Kleber aufgebracht, auf der Innenseite 32 des umlaufenden Absatzes 30 verteilt sich das Drucköl 08 über die gesamte Aussparung 11 in alle Öffnungen 06 der Batterieblö- cke 04 und umschließt dabei auch die Druckbeutel 13.

Die Fig. 3C zeigt einen Längsschnitt durch die Deckplatte 09. Zu erkennen sind gut die Durchgänge im Bereich der ersten, zweiten und dritten Abschnitte 18, 15 und 23 in der Aussparung 11. Im dritten Abschnitt 23 ist der Zuführungskanal 33 für das Drucköl 08 angeordnet.

Bezugszeichenliste

01 druckneutrale Batterie

02 Gehäuse von 04

03 Batteriezelle

04 Batterieblock (primär oder sekundär)

05 Druckflüssigkeit

06 Öffnung in 04

07 Oberseite von 02, 04

08 Drucköl als 05

09 Deckplatte

10 Unterseite von 09

11 Aussparung in 09

12 Druckausgleichselement

13 Druckbeutel als 12

14 Zuleitungsschlauch an 13

15 zweiter Abschnitt in 1 1

16 Dichtungsrohr

17 Anschlusskabel

18 erster Abschnitt in 1 1

19 Anschlusspol (+) von 01

20 Anschlusspol (-) von 01

21 Stecker

22 Abschrägung

23 dritter Abschnitt in 1 1

24 Verschlussstopfen

25 Grundecke von 22

26 Stirnseite von 02, 04

27 Unterseite von 02, 04

28 Stabilisierungsplatte

29 innere Öffnung von 18

30 umlaufender Absatz auf 10

31 Außenseite von 30

32 Innenseite von 30

33 Zuführungskanal

34 Ende von 14

35 elektrischer Pol von 04

36 Schlauchbeutel als 13

URL 1

https://depositonce.tu-berlin.de/handle/1 1303/2754

URL 2

http://www.enitech.de/files/produkte/Datenblatt_Batterie.pdf

URL 3

http://www.bluefinrobotics.com/assets/Papers/Lithium%20Battery%20Technology

_Wilson_April%202009.pdf

URL 4

https://www.swe.eom/media/files/files/1 a41 af98/2013_07_26_Oceans_2013_Pap er_Leon_Adams_SWE_PID2876161_2_.pdf