DE102006045433B3 - Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus - Google Patents
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Abstract
Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus, der eine Grundplatte (40), einen gewickelten Elektrodenaufbau (50) und zwei Plattenverbinder (60) aufweist. Die allen Schichten des Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereichs des gewickelten Elektrodenaufbaus können unmittelbar mit den leitenden Druckplatten des Plattenverbinders so befestigt werden, dass eine elektrische Verbindung zustande kommt. Damit wird eine kompakte Konfiguration des Akkuaufbaus erzielt. Außerdem sind die Schichten im Anoden- und Kathodenanschlussbereich unmittelbar zusammengedrückt, was für einen elektrischen Kontakt sorgt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die Schichten nacheinander zusammengedrückt werden, wird die erfindungsgemäße Konfiguration deutlich vereinfacht. Außerdem sind die Schichten im Anoden- und Kathodenanschlussbereich unmittelbar zusammengedrückt, was für einen elektrischen Kontakt sorgt. Damit wird vermieden, dass das Hauptglied, das Nebenglied, usw. nacheinander zusammengedrückt werden müssen, wie dies beim Stand der Technik meist der Fall ist. Der erfindungsgemäße Akku hat daher einen geringeren inneren Widerstand, also Kontaktwiderstand. So ist die erfindungsgemäße Konfiguration gut für den Akkuaufbau geeignet, der hohe Kapazitanz erfordert.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus, insbesondere eine leitende Verbindung eines gewickelten Elektrodenaufbau im Inneren des sekundären Lithium-Akkus.
- Derartige rechteckige sekundäre Lithium-Akkus finden häufig zur Auf- und Entladung einer niedrigen Kapazitanz Verwendung. Aus
US 6,844,109 ist ein üblicher, rechteckiger sekundärer Lithium-Akku der niedrigen Kapazitanz bekannt. Wie in1 gezeigt, besteht ein Kernaufbau10 aus einem gewickelten Elektrodenaufbau11 , mehreren Anoden- und Kathoden-Leiterstiften121 ,122 und zwei leitenden Hülsen13 . Der gewickelte Elektrodenaufbau11 weist normalerweise eine Anodenschicht, eine Isolationsschicht und eine Kathodenschicht auf, die aufeinander liegen. Der gewickelte Elektrodenaufbau11 bildet durch das Aufeinanderliegen oder Aufwickeln eine mehrschichtige Konstruktion. Die Anoden- und Kathoden-Leiterstifte121 ,122 erstrecken sich aus der Anoden- bzw. Kathodenschicht. Durch die Plattenverbinder findet ein integriertes Ausleiten der Anoden- und Kathoden-Leiterstifte121 ,122 statt. - Die Konfiguration des oben erwähnten sekundären Lithium-Akkus ist sehr kompakt, aber auch brüchig. Daher ist diese herkömmliche Konfiguration für den Akkuaufbau geringer Strommenge geeignet, jedoch für den Antriebsakku hoher Strommenge ungeeignet. Wie in den
2 und3 gezeigt, ist ein Integrationsaufbau eines Kernaufbaus eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus ausTW I233227 20 weist normalerweise eine Anodenschicht, eine Isolationsschicht und eine Kathodenschicht auf, die aufeinander liegen. Der gewickelte Elektrodenaufbau20 ist außen um eine Grundplatte21 herum gewickelt und dadurch als mehrschichtige Wirbelkonstruktion ausgeführt. Der gewickelte Elektrodenaufbau20 ist am Ende der Anoden- und Kathodenschicht mit je einem nicht beschichteten Abschnitt22 versehen, und zwar derart, dass eine Vielzahl von Hauptgliedern23 und Nebengliedern24 am Abschnitt22 der Schichten des gewickelten Elektrodenaufbaus20 angeordnet ist. Außerdem gehen mehrere Bolzen25 der Reihe nach durch die Hauptglieder23 , die Nebenglieder24 und die Grundplatte21 hindurch, wodurch ein leitender Integrationsaufbau eines Kernaufbaus ausgebildet ist. - Hierzu ist darauf hinzuweisen, dass im Akkuaufbau die Grundplatte vorgesehen ist, die die ganze Konfiguration verstärkt sowie der Verformung entgegenwirkt. Außerdem können mehrere Schichten stabil außen auf die Grundplatte aufgewickelt werden. Daher ist diese Konfiguration für den Akkuaufbau großer Strommenge geeignet.
- Beim dem rechteckigen Akkuaufbau, der für die große Strommenge geeignet ist, werden die Abschnitte der Schichten des gewickelten Elektrodenaufbaus mit den Haupt- und Nebengliedern zusammengeklemmt. Hierdurch ergibt sich eine leitende Verbindung. Damit erübrigen sich die Leiterstifte, wobei die Schweiß- und Ausformvorgänge der Leiterstifte gespart werden. Trotzdem müssen bei diesem Akkuaufbau jeweils ein Haupt- und ein Nebenglied an den Elektrodenschichten des gewickelten Elektrodenaufbaus angeordnet sein. Ist die Anzahl der Elektrodenschichten sehr groß, muss die Anzahl der benötigten Haupt- und Nebenglieder entsprechend erhöht werden, was einen großen Kostenaufwand für Bauteile bedeutet sowie ein kompliziertes Montageverfahren verursacht. Das Wichtigste ist, dass die an den Elektrodenschichten angeordneten Hauptglieder die Erhöhung des gesamten Innenwiderstands (Kontaktwiderstands) des Kernaufbaus bewirkt, was zur Steigerung der Temperatur und des Energieverbrauchs führt. Außerdem bewirkt der hohe Kontaktwiderstand, dass der Abschnitt des gewickelten Elektrodenaufbaus aufgrund der hohen Temperatur oxidiert wird, wenn der Akku hoher Kapazität aufgeladen und entladen wird.
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen im Vergleich zum Stand der Technik kompakteren und elektrisch effizienteren Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus bereitzustellen.
- Die obige Aufgabe wird durch einen Kernaufbau gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
- Durch die Erfindung wird ein Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus geschaffen, bei dem alle Schichten des Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereichs des gewickelten Elektrodenaufbaus unmittelbar mit den leitenden Druckplatten des Plattenverbinders so befestigt werden können, dass eine elektrische Verbindung zustande kommt. Damit wird eine kompakte Konfiguration des Akkuaufbaus erzielt. Außerdem sind die Schichten im Anoden- und Kathodenanschlussbereich unmittelbar zusammengedrückt, was für einen elektrischen Kontakt sorgt. Die dadurch gebildete Konfiguration weist einen inneren Widerstand auf, der deutlich kleiner ist als derjenige der herkömmlichen Konstruktion. Daher ist die erfindungsgemäße Konfiguration gut für den Akkuaufbau geeignet, der hohe Kapazitanz erfordert.
- Außerdem wird durch die Erfindung ein Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus geschaffen, bei dem alle Schichten des Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereichs des gewickelten Elektrodenaufbaus unmittelbar an den leitenden Druckplatten des Plattenverbinders so befestigt werden können, dass eine elektrische Verbindung zustande kommt. Damit wird eine kompakte Konfiguration des Akkuaufbaus erzielt. Hierdurch ergibt sich die Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie die Herabsetzung der Herstellungskosten des Akkus.
- Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung eines rechteckigen Akkuaufbaus gemäßUS 6,844,109 ; -
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kernaufbaus eines rechteckigen Akkus gemäßTW I233227 -
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kernaufbaus eines ausTW I233227 -
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kernaufbaus; -
5 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kernaufbaus in montiertem Zustand; -
6 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kernaufbau; -
7 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kernaufbaus vor dem Einsetzen in ein Akkugehäuse; -
8 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kernaufbau im Akkugehäuse; und -
9 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kernaufbau zusätzlich mit einer leitenden Hülse. - Bezugnehmend auf die
4 bis8 weist ein erfindungsgemäßer Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus eine Grundplatte40 , einen gewickelten Elektrodenaufbau50 und zwei Plattenverbinder60 auf. Der Kernaufbau ist im Inneren eines rechteckigen Akkugehäuses30 vorgesehen und über zwei Verbindungselemente70 elektrisch an eine Anoden- bzw. Kathodenanschlussklemme31 ,32 an den Endseiten des Akkugehäuses30 angeschlossen. - Die Grundplatte
40 befindet sich im Inneren des rechteckigen Akkugehäuses30 . - Der gewickelte Elektrodenaufbau
50 weist eine Anodenschicht51 , eine Isolierschicht52 und eine Kathodenschicht53 auf, die der Reihe nach aufeinander auf die Außenseite der Grundplatte40 gewickelt sind. Auf die Oberfläche der Anoden- und Kathodenschicht51 ,53 wird ein Anoden- bzw. Kathodenstoff aufgetragen, wobei die Isolierschicht52 zwischen der Anoden- und Kathodenschicht51 ,53 vorgesehen ist. Die Anodenschicht51 ist an einer Seite mit einem Anodenanschlussbereich511 versehen, auf den kein Anodenstoff aufgetragen ist, während die Kathodenschicht53 an einer dem Anodenanschlussbereich511 gegenüberliegenden Seite mit einem Kathodenanschlussbereich531 versehen ist, auf den kein Kathodenstoff aufgetragen ist, wobei der Anoden- und Kathodenanschlussbereich511 ,531 aus den jeweiligen Seiten des gewickelten Elektrodenaufbaus50 herausragen. Auf diese Weise können der Anoden- und der Kathodenanschlussbereich511 ,531 aus den jeweiligen Seiten des gewickelten Elektrodenaufbaus50 herausragen, wenn die Schichten nacheinander außen auf die Mittelstange zur Bildung des gewickelten Elektrodenaufbaus50 aufgewickelt werden. - Zwei Plattenverbinder
60 weisen jeweils einen Befestigungsstift61 und zwei leitende Druckplatten62 auf, wobei die leitende Druckplatten62 mit Durchgangsbohrungen621 versehen sind. Die beiden leitenden Druckplatten62 sind außen am Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich511 ,531 angebracht. Der Befestigungsstift61 kann als Bolzen ausgeführt sein. Außerdem geht der Befestigungsstift61 der Reihenfolge nach durch die Durchgangsbohrung621 der leitenden Druckplatte62 , die Grundplatte40 und die Durchgangsbohrung621 der anderen leitenden Druckplatte62 hindurch. Auf diese Weise können die leitenden Druckplatten62 an der Grundplatte40 befestigt werden. Durch die feste Berührung der leitenden Druckplatten62 mit dem Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich511 ,531 des gewickelten Elektrodenaufbaus50 ergibt sich eine elektrische Verbindung. - Das Verbindungselement
70 ist als leitfähiges Element ausgeführt, das flexibel und umgebogen ist. Ein Ende des Verbindungselements70 ist elektrisch an die leitende Druckplatte62 am gewickelten Elektrodenaufbau50 angeschlossen, während das andere Ende elektrisch mit der Anoden- oder Kathodenanschlussklemme31 ,32 verbunden ist. - Die obige Beschreibung bezieht sich auf die Konfiguration des erfindungsgemäßen Kernaufbaus eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus sowie dessen relevante Bauteile. Die Erfindung ist als Verbesserung des Kernaufbaus anzusehen. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration können alle Schichten des Anoden- und des Kathodenanschlussbereichs
511 ,531 des gewickelten Elektrodenaufbaus50 unmittelbar an den leitenden Druckplatten62 des Plattenverbinders60 so befestigt werden, dass eine elektrische Verbindung zustande kommt. Damit wird eine kompakte Konfiguration des Akkuaufbaus erzielt. Außerdem wird der Widerstand im Inneren des Akkus aufgrund der verringerten Anzahl der Bauteile stark reduziert. Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kernaufbaus eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus beschrieben. - Wie aus den
4 bis8 ersichtlich, ist eine große Fläche des Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereichs511 ,531 an der Seite des gewickelten Elektrodenaufbaus50 vorhanden, auf den kein Anoden- bzw. Kathodenstoff aufgetragen ist. Im Anoden- und Kathodenanschlussbereich511 ,531 sind mehrere aufeinander liegende Schichten vorgesehen, wobei die leitenden Druckplatten62 des Plattenverbinders60 außen am Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich511 ,531 angebracht sind. Außerdem gehen die Befestigungsstifte61 durch die jeweiligen Durchgangsbohrungen621 der leitenden Druckplatten62 hindurch und greifen in die Grundplatte40 hinein, und zwar derart, dass die leitenden Druckplatten62 mit den Schichten im Anoden- und Kathodenanschlussbereich511 ,531 fest verbunden sind. Durch die feste Verbindung aller Schichten im Anoden- und Kathodenanschlussbereich511 ,531 ergibt sich ein erfolgreiches Ausleiten der elektrischen Energie des gewickelten Elektrodenaufbaus50 durch die leitenden Druckplatten62 aus dem Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich511 ,531 . - Hierzu ist darauf hinzuweisen, dass die Schichten im Anoden- oder Kathodenanschlussbereich
511 ,531 des gewickelten Elektrodenaufbaus50 direkt mit einem Paar der leitenden Druckplatten62 fest und elektrisch verbunden werden können. Auf diese Weise kann eine verringerte Anzahl von Bauteilen erzielt werden, was die erfindungsgemäße Konfiguration in erheblichem Maße vereinfacht. Außerdem sind die Schichten im Anoden- und Kathodenanschlussbereich511 ,531 unmittelbar zusammengedrückt, was für einen elektrischen Kontakt sorgt. Damit wird vermieden, dass das Hauptglied, das Nebenglied, usw. nacheinander zusammengedrückt werden müssen, wie dies beim Stand der Technik meist der Fall ist. Der erfindungsgemäße Akku hat daher einen geringeren inneren Widerstand, also Kontaktwiderstand. So ist die erfindungsgemäße Konfiguration gut für den Akkuaufbau geeignet, der hohe Kapazitanz erfordert. - Wie aus
9 ersichtlich, ist jeweils eine leitende Hülse80 auf die beiden Seiten der Grundplatte40 aufgesetzt. Die leitende Hülse80 bewirkt, dass der Anoden- und Kathodenanschlussbereich511 ,531 an den beiden Seiten der Grundplatte40 weiterhin miteinander verbunden sind, wenn die leitenden Druckplatten62 an alle Schichten im Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich511 ,531 angedrückt werden. Damit wird die Anzahl der Strompfade beim Aufladungs- und Entladungsvorgang erhöht, sodass der Widerstand im Inneren des Akkus ferner reduziert wird. -
- 10
- Kernaufbau
- 11
- gewickelter Elektrodenaufbau
- 121
- Anoden-Leiterstift
- 122
- Kathoden-Leiterstift
- 13
- leitende Hülse
- 20
- Akkugehäuse
- 21
- Grundplatte
- 22
- Abschnitt
- 23
- Hauptglied
- 24
- Nebenglied
- 25
- Bolzen
- 30
- Akkugehäuse
- 31
- Anodenanschlussklemme
- 32
- Kathodenanschlussklemme
- 40
- Grundplatte
- 50
- gewickelter Elektrodenaufbau
- 51
- Anodenschicht
- 511
- Anodenanschlussbereich
- 52
- Isolierschicht
- 53
- Kathodenschicht
- 531
- Kathodenanschlussbereich
- 60
- Plattenverbinder
- 61
- Befestigungsstift
- 62
- leitende Druckplatte
- 621
- Durchgangsbohrung
- 70
- Verbindungselement
- 80
- leitende Hülse
Claims (3)
- Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus, der im Inneren eines rechteckigen Akkugehäuses (
30 ) vorgesehen und jeweils über ein Verbindungselement (70 ) elektrisch an eine Anoden- und eine Kathodenanschlussklemme (31 ,32 ) an den Endseiten des Akkugehäuses (30 ) angeschlossen ist, wobei der Kernaufbau aufweist: eine Grundplatte (40 ), die als Isolationsaufbau ausgeführt ist; einen gewickelten Elektrodenaufbau (50 ), der wenigstens eine Anodenschicht (51 ), wenigstens eine Isolierschicht (52 ) und wenigstens eine Kathodenschicht (53 ) aufweist, die der Reihenfolge nach aufeinander an der Außenseite der Grundplatte (40 ) gewickelt sind, wobei die Anodenschicht (51 ) an einer Seite mit einem Anodenanschlussbereich (511 ) versehen ist, auf den kein Anodenstoff aufgetragen ist, während die Kathodenschicht (53 ) an einer dem Anodenanschlussbereich (511 ) gegenüberliegenden Seite mit einem Kathodenanschlussbereich (531 ) versehen ist, auf den kein Kathodenstoff aufgetragen ist, und wobei der Anoden- und Kathodenanschlussbereich (511 ,531 ) aus den jeweiligen Seiten des gewickelten Elektrodenaufbaus (50 ) herausragen; zwei Plattenverbinder (60 ), von denen jeder wenigsten einen Befestigungsstift (61 ) und wenigstens eine leitende Druckplatte (62 ) aufweist, wobei die leitende Druckplatte (62 ) außen am Anodenanschlussbereich (511 ) oder Kathodenanschlussbereich (531 ) angebracht ist, und wobei die Befestigungsstifte (61 ) durch jeweilige Durchgangsbohrungen (621 ) der leitenden Druckplatten (62 ) hindurchgehen und in die Grundplatte (40 ) hineingreifen, und zwar derart, dass die leitenden Druckplatten (62 ) mit dem Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich (511 ,531 ) in Kontakt kommen und dadurch eine elektrische Verbindung herstellen, und wobei jeder der Plattenverbinder (60 ) über das Verbindungselement (70 ) elektrisch an die Anoden- und die Kathodenanschlussklemme (31 ,32 ) angeschlossen ist. - Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Grundplatte (
40 ) jeweils eine leitende Hülse (80 ) montierbar ist, die bewirkt, dass der Anoden- und Kathodenanschlussbereich (511 ,531 ) an den beiden Seiten der Grundplatte (40 ) miteinander verbunden sind, wenn die leitenden Druckplatten (62 ) an die Schichten des Anoden- und des Kathodenanschlussbereichs (511 ,531 ) an den beiden Seiten der Grundplatte (40 ) angedrückt werden. - Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (
70 ) als flexibler Leitungsdraht ausgeführt ist.
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