DE19846263A1 - Kappenanordnung für eine Batterie - Google Patents

Kappenanordnung für eine Batterie

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit Batterien und betrifft ins­ besondere eine Kappenanordnung für eine Batterie mit einer Aus­ bildung derart, daß sie elektrisch von den anderen Teilen der Batterie getrennt werden kann, wenn ein Sicherheitselement auf­ grund eines unvorhergesehenen Anstiegs des Innendruckes der Batterie bricht.
Mit einer immer leichteren und vielseitigeren Ausbildung von tragbaren Geräten, wie beispielsweise Videokameras, trag­ baren Telephongeräten und tragbaren Computern, hat sich die Forschung und Entwicklung auf Batterien konzentriert, die der­ artige Geräte mit Strom versorgen. Unter den herkömmlichen Bat­ terien haben Lithiumsekundärbatterien, d. h. wiederaufladbare Batterien eine etwa dreimal so hohe Energiedichte pro Gewichts­ einheit wie herkömmliche Batterien, wie beispielsweise Bleisäu­ rebatterien, Ni-Cd Batterien und Ni-H Batterien, wobei die wie­ deraufladbaren Batterien schnell geladen werden können. In einer Lithiumsekundärbatterie wird Lithiumcobaltoxid LiCoO2, Lithium­ nickeloxid LiNiO2, Lithiummanganoxid LiMn2O4 oder ein ähnliches Material als aktives Material der positiven Elektrode verwandt und wird Lithium, eine Lithiumlegierung oder ein Kohlenstoff­ material oder ähnliches als aktives Material der negativen Elek­ trode verwandt. Zusätzlich dient ein organisches Material oder ein festes Polymermaterial als Elektrolyt. Im allgemeinen hat eine Sekundärbatterie eine zylindrische oder rechtwinklige Form, wobei die rechtwinklige Form insofern vorteilhaft ist, als sie eine Ausbildung der tragbaren Geräte mit geringem Gewicht und geringer Größe ermöglicht.
In Fig. 1 der zugehörigen Zeichnung ist eine herkömmliche Lithiumsekundärbatterie mit rechtwinkliger Form dargestellt, die ein Batteriegehäuse 17 zur Aufnahme des nicht dargestellten Elektrodenkerns, der abwechselnd schichtweise aus positiven Elektrodenplatten und negativen Elektrodenplatten aufgebaut ist, zwischen denen Separatoren vorgesehen sind, und eine Kappenan­ ordnung 10 umfaßt, die auf den oberen Teil des Batteriegehäuses 17 aufgesetzt ist.
Die Kappenanordnung 10 weist eine Kappenplatte 12 zum Ab­ decken des oberen Teils des Batteriegehäuses 17, einen positiven Anschluß 11, der an der Kappenplatte 12 angeordnet ist, und ein Nietelement 15 auf, das durch Löcher eingesetzt ist, die im positiven Anschluß 11 und in der Kappenplatte 12 ausgebildet sind, um den positiven Anschluß 11 mit der Kappenplatte 12 zu verbinden. Ein erstes Isolierelement 13 ist zwischen dem positi­ ven Anschluß 11 und der Kappenplatte 12 angeordnet und die Kap­ penplatte 12 und das Nietelement 15 sind gegeneinander durch ein zweites Isolierelement 14 isoliert.
Eine positive Polzunge 16, die mit den positiven Elektro­ denplatten (nicht dargestellt) verbunden ist, ist an das Niet­ element 15 geschweißt. Das Batteriegehäuse 17 ist darüber hinaus mit einer negativen Polzunge verbunden, die gleichfalls nicht dargestellt ist.
Ein Elektrolyteingabeloch 12 zum Eingeben eines Elektroly­ ten in das Batteriegehäuse 17 ist auf einer Seite der Kappen­ platte 12 ausgebildet und ein Bruch- oder Reißteil 12b ist auf der anderen Seite der Kappenplatte 12 ausgebildet, wobei dieses Teil 12b reißt, wenn der Innendruck der Batterie abnorm an­ steigt.
Bei einem abnorm hohen Innendruck der Lithiumsekundärbatte­ rie reißt der Reißteil 12a der Kappenplatte 12 und wird das Gas in der Batterie ausgeblasen. Da zu diesem Zeitpunkt die Batterie elektrisch noch angeschlossen ist und keine elektrische Sicher­ heitseinrichtung aufweist, kann das tragbare Gerät, in dem die Batterie vorgesehen ist, anschließend einen Defekt beispiels­ weise einen elektrischen Schock erleiden.
Durch die Erfindung soll daher eine Kappenanordnung für eine Batterie geschaffen werden, die das Gas in der Batterie ausblasen kann und gleichzeitig den elektrischen Stromweg der Batterie unterbricht.
Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Kappenanordnung für eine Batterie eine Kappenplatte zum Abdecken des oberen Teils eines Batteriegehäuses, einen positiven Anschluß, der auf der Kappen­ platte angeordnet ist und gegenüber der Kappenplatte isoliert ist, ein Nietelement mit einem Nietvorsprung, durch den ein Belüftungsloch ausgebildet ist und der durch Löcher eingesetzt ist, die in der Kappenplatte und dem positiven Anschluß ausge­ bildet sind, um diese zusammenzunieten, wobei das Nietelement elektrisch mit dem positiven Anschluß verbunden ist, ein Sicher­ heitselement, das am unteren Ende des Nietelementes vorgesehen ist und das Belüftungsloch blockiert, und ein Befestigungsele­ ment für eine positive Anschlußzunge, das am unteren Ende des Sicherheitselementes angebracht ist und mit einer positiven Anschlußzunge einer Elektrodenanordnung im Batteriegehäuse ver­ bunden ist, wobei das Sicherheitselement so ausgebildet ist, daß es bricht und sich von dem Befestigungselement für die positive Anschlußzunge löst, wenn der Innendruck des Batteriegehäuses ansteigt.
Das Sicherheitselement und das Befestigungselement für die positive Anschlußzunge können durch Schweißen miteinander ver­ bunden sein.
Das Sicherheitselement ist vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildet.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kappenanordnung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht einer Kappen­ anordnung einer herkömmlichen Lithiumbatterie mit rechtwinkliger Form,
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kappenanordnung für eine Batterie und
Fig. 3 eine Schnittansicht der in Fig. 2 dargestellten Kappenanordnung.
Fig. 2 zeigt eine Sekundärbatterie mit einem Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Kappenanordnung. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ist in einem Batteriegehäuse 23 ein Elektro­ denkern 22 aufgenommen, der abwechselnd schichtweise aus negati­ ven Elektrodenplatten 32 und positiven Elektrodenplatten 33 aufgebaut ist, zwischen denen Separatoren 31 vorgesehen sind. Die positiven Elektrodenplatten 33 und die negativen Elektroden­ platten 32 sind mit einer positiven Anschlußzunge 22a und einer negativen Anschlußzunge 22c jeweils verbunden. Die negative Anschlußzunge 22c ist mit dem Batteriegehäuse 23 verbunden.
Eine Isolierplatte 24 befindet sich auf dem Elektrodenkern 22 und die positive Anschlußzunge 22a steht durch ein Loch vor, das in der Isolierplatte ausgebildet ist, und ist an einem Befe­ stigungselement 48 befestigt.
Eine Batteriekappenanordnung 40 ist auf dem Batteriegehäuse 23 angeordnet.
Wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, weist die Kap­ penanordnung 40 eine Kappenplatte 43 zum Abdecken des oberen Teils des Batteriegehäuses 23 und einen positiven Anschluß 41 auf, der auf der Kappenplatte 43 angeordnet ist. Ein erstes Isolierelement 42 befindet sich zwischen dem positiven Anschluß 41 und der Kappenplatte 43. Eine Dichtung 44 mit Isolierfunktion sitzt auf der Unterfläche der Kappenplatte 43. Ein Elektrolyt­ einführungsloch 43a ist an der Kappenplatte 43 ausgebildet, um einen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz enthält, in das Batte­ riegehäuse 23 einzuführen.
Die Kappenplatte 43, das erste Isolierelement 42, der posi­ tive Anschluß 41 und die Dichtung 44 sind über ein Nietelement 46 zusammengenietet. Ein Nietvorsprung 46b des Nietelementes 46 ist durch Löcher eingesetzt, die in der Kappenplatte 43, dem ersten Isolierelement 42, dem positiven Anschluß 41 und der Dichtung 44 ausgebildet sind, um diese Bauteile zusammenzunie­ ten. Ein Belüftungsloch 46a ist im Nietvorsprung 46b durch das Nietelement 46 hindurch ausgebildet, wobei das Belüftungsloch 46a mit dem Inneren des Batteriegehäuses 23 in Verbindung steht, wenn die Batterie zusammengesetzt ist.
Das Nietelement 46 ist gegenüber der Kappenplatte 43 durch ein zweites, dazwischen angeordnetes Isolierelement 45 isoliert. Wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, können Hilfsmetall­ elemente 49 an den Seiten des zweiten Isolierelementes 45 ange­ bracht sein. Das heißt, daß die Hilfsmetallelemente 49 am zwei­ ten Isolierelement 45 über einen Vorsprung 49a angebracht sein können, der an den Hilfsmetallelementen 49 ausgebildet ist und in einen Schlitz 45a paßt, der im zweiten Isolierelement 45 ausgebildet ist. Die Hilfsmetallelemente 49 dienen dazu, das Befestigungselement 48 für die positive Anschlußplatte sicher zu befestigen.
Ein Sicherheitselement 47 ist am unteren Ende des Nietele­ mentes 46 angebracht, um das Belüftungsloch 46a zu blockieren. Es ist bevorzugt, daß die Umfangsfläche des Sicherheitselementes 47 an das untere Ende des Nietelementes 46 an Schweißstellen W2 und W4 geschweißt ist. Das Sicherheitselement 47 hat vorzugs­ weise die Form einer Halbkugel.
Der unterste Punkt des Sicherheitselementes 47 ist darüber hinaus an das Befestigungselement 48 für die positive Anschluß­ zunge an einer Schweißstelle W3 geschweißt. Das Befestigungsele­ ment 48 ist an Schweißstellen W1 und W5 an das Hilfsmetallele­ ment 49 geschweißt.
Während des Betriebs einer Batterie mit der oben beschrie­ benen Kappenanordnung fließt ein Strom vom Elektrodenkern 22 zum positiven Anschluß 41 über die positive Anschlußzunge 22a, das Befestigungselement 48, das Sicherheitselement 47 und das Niet­ element 46 in dieser Reihenfolge.
Wenn die Batterie nicht ordnungsgemäß arbeitet und Gas erzeugt, steigt der Innendruck im Batteriegehäuse an. Der Haupt­ grund für einen Anstieg des Innendruckes der Batterie ist in einem internen Stoß oder Schlag oder in einem Kurzschluß zu sehen. Wenn ein zu hoher Strom aufgrund eines derartigen nicht normalen Betriebes der Batterie fließt, wird das organische Lö­ sungsmittel der Batterie durch einen exothermen Effekt in der Batterie verdampft und nimmt der Innendruck zu.
Wenn der Innendruck der Batterie ansteigt, wird das Sicher­ heitselement 47 durch den hohen Druck verformt und vom Befesti­ gungselement 48 für die positive Anschlußzunge getrennt. Das hat zur Folge, daß kein Batteriestrom mehr fließen kann. Das Sicher­ heitselement 47 wird dann weiter in Richtung auf das Belüftungs­ loch 46a des Nietelementes 46 verformt und bricht schließlich. Das hat zur Folge, daß das Innere des Batteriegehäuses 23 mit dem Belüftungsloch 46a in Verbindung kommt und das Gas in der Batterie über das Belüftungsloch 46a austreten kann. In dieser Weise wird der Innendruck gesenkt.
Wenn bei einer Kappenanordnung gemäß der Erfindung ein hoher Innendruck das Sicherheitselement zum Brechen bringt, wird das Gas in der Batterie abgeführt und wird gleichzeitig der Stromfluß unterbrochen. Das hat zur Folge, daß die Batterie sicherer ist.

Claims (5)

1. Kappenanordnung für eine Batterie mit einer Kappenplatte (43), die den oberen Teil eines Batteriegehäuses (23) abdeckt, einem positiven Anschluß (41), der auf der Kappenplatte (43) angebracht ist und gegenüber der Kappenplatte (43) isoliert ist, und einem Nietelement (46), das einen Nietvorsprung (46a) auf­ weist, durch den ein Belüftungsloch (46a) ausgebildet ist und der durch Löcher eingesetzt ist, die in der Kappenplatte (43) und im positiven Anschluß (41) ausgebildet sind, um diese Bau­ teile zu vernieten, wobei das Nietelement (46) elektrisch mit dem positiven Anschluß (41) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein Sicherheitselement (47), das am unteren Ende des Nietelemen­ tes (46) angebracht ist und das Belüftungsloch (46a) blockiert, und ein Befestigungselement (48), das am unteren Ende des Si­ cherheitselementes (47) angebracht ist und mit einer positiven Anschlußzunge der Elektrodenanordnung im Batteriegehäuse (23) verbunden ist, wobei das Sicherheitselement (47) so ausgebildet ist, daß es bei steigendem Innendruck des Batteriegehäuses (23) bricht und sich vom Befestigungselement (48) löst.
2. Kappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitselement (47) und das Befestigungselement (48) durch Schweißen miteinander verbunden sind.
3. Kappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitselement (47) halbkugelförmig ausgebildet ist.
4. Kappenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Isolierelement (42), das zwischen dem positiven An­ schluß (41) und der Kappenplatte (43) angeordnet ist, und ein zweites Isolierelement (44), das zwischen der Kappenplatte (43) und dem Befestigungselement (48) angeordnet ist.
5. Kappenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsmetallelemente (49), an denen das Befestigungselement (48) angebracht ist, am zweiten Isolierelement (45) befestigt sind.
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