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Die
Erfindung betrifft einen Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus,
insbesondere eine leitende Verbindung eines gewickelten Elektrodenaufbau
im Inneren des sekundären
Lithium-Akkus.
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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 in
1 gezeigt,
besteht ein Kernaufbau
10 aus einem gewickelten Elektrodenaufbau
11,
mehreren Anoden- und Kathoden-Leiterstifte
121,
122 und
zwei leitenden Hülsen
13.
Der gewickelte Elektrodenaufbau
11 weist normalerweise
eine Anodenschicht, eine Isolationsschicht und eine Kathodenschicht
auf, die drei aufeinander liegen. Der gewickelte Elektrodenaufbau
11 bildet
durch das Aufeinanderliegen oder Aufwickeln eine mehrschichtige
Konstruktion. Die Anoden- und Kathoden-Leiterstifte
121,
122 erstrecken
sich aus der Anoden- bzw. Kathodenschicht. Durch die Plattenverbinder
findet ein integriertes Ausleiten der Anoden- und Kathoden-Leiterstifte
121,
122 statt.
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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 und 3 gezeigt,
ist ein Integrationsaufbau eines Kernaufbaus eines rechteckigen
sekundären
Lithium-Akkus aus TW I233227 bekannt. Ein gewickelter Elektrodenaufbau 20 weist normalerweise
eine Anodenschicht, eine Isolationsschicht und eine Kathodenschicht
auf, die drei aufeinander liegen. Der gewickelte Elektrodenaufbau 20 ist außen um eine Grundplatte 21 herum
gewickelt und dadurch als mehrschichtige Wirbelkonstruktion ausgeführt. Der
gewickelte Elektrodenaufbau 20 ist am Ende der Anoden-
und Kathodenschicht mit je einem nicht beschichteten Abschnitt 22 versehen,
und zwar derart, dass eine Vielzahl von Hauptgliedern 23 und Nebengliedern 24 am
Abschnitt 22 der Schichten des gewickelten Elektrodenaufbaus 20 angeordnet
ist. Außerdem
gehen mehrere Bolzen 25 der Reihenfolge nach durch die
Hauptglieder 23, die Nebenglieder 24 und die Grundplatte 21 hindurch,
wodurch ein leitender Integrationsaufbau eines Kernaufbaus ausgebildet
ist.
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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.
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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 können
sich die Leiterstifte erübrigen,
wobei die Schweiß-
und Ausformvorgänge
der Leiterstifte erspart 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 ein großen Kostenaufwand
an Bauteil erfordert 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.
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Durch
die Erfindung wird ein Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus
geschaffen, bei dem die allen 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.
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Außerdem wird
durch die Erfindung ein Kernaufbau eines rechteckigen sekundären Lithium-Akkus
geschaffen, bei dem die allen 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. Hierdurch ergibt sich die
Vereinfachung des Herstellungsverfahrens sowie die Herabsetzung
der Herstellungskosten des Akkus.
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Die
Erfindung weist insbesondere die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines rechteckigen Akkuaufbaus gemäß
US 6,844,109 ;
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kernaufbaus eines rechteckigen
Akkus gemäß TW I233227;
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3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kernaufbaus eines aus
TW I233227 bekannten, rechteckigen Akkus in montiertem Zustand;
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4 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kernaufbaus;
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5 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kernaufbaus in montiertem
Zustand;
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6 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kernaufbau;
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7 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kernaufbaus vor dem Einsetzen in
ein Akkugehäuse;
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8 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kernaufbau
im Akkugehäuse;
und
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9 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kernaufbau
zusätzlich
mit einer leitenden Hülse.
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Bezugnehmend
auf die 4 bis 8 weist
ein erfindungsgemäßer Kernaufbau
eines rechteckigen sekundären
Lithium-Akkus eine Grundplatte 40, einen gewickelten Elektrodenaufbau 50 und
zwei Plattenverbinder 60 auf. Der Kernaufbau ist im inneren
eines rechteckigen Akkugehäuses 30 vorgesehen
und über
zwei Verbindungselemente 70 elektrisch an eine Anoden-
bzw. Kathodenanschlussklemme 31, 32 an den Endseiten
des Akkugehäuses 30 angeschlossen.
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Die
Grundplatte 40 befindet sich im Inneren des rechteckigen
Akkugehäuses 30.
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Der
gewickelte Elektrodenaufbau 50 weist eine Anodenschicht 51,
eine Isolierschicht 52 und eine Kathodenschicht 53 auf,
die drei der Reihenfolge nach aufeinander an der Außenseite
der Grundplatte 40 gewickelt sind. Auf die Oberfläche der
Anoden- und Kathodenschicht 51, 53 wird ein Anoden- bzw.
Kathodenstoff aufgetragen, wobei die Isolierschicht 52 zwischen
der Anoden- und Kathodenschicht 51, 53 vorgesehen
ist. Die Anodenschicht 51 ist an einer Seite mit einem
Anodenanschlussbereich 511 versehen, 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, wobei der Anoden- und Kathodenanschlussbereich 511, 531 aus
den jeweiligen Seiten des gewickelten Elektrodenaufbaus 50 herausragen.
Auf diese Weise können
der Anoden- und der Kathodenanschlussbereich 511, 531 aus
den jeweiligen Seiten des gewickelten Elektrodenaufbaus 50 herausragen,
wenn die Schichten nacheinander außen auf die Mittelstange zur
Bildung des gewickelten Elektrodenaufbaus 50 aufgewickelt
werden.
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Zwei
Plattenverbinder 60 weisen jeweils einen Befestigungsstift 61 und
zwei leitende Druckplatten 62 auf, wobei die leitende Druckplatten 62 mit Durchgangsbohrungen 621 versehen
sind. Die beiden leitenden Druckplatten 62 sind außen am Anoden-
bzw. Kathodenanschlussbereich 511, 531 angebracht.
Der Befestigungsstift 61 kann als Bolzen ausgeführt sein.
Außerdem
geht der Befestigungsstift 61 der Reihenfolge nach durch
die Durchgangsbohrung 621 der leitenden Druckplatte 62,
die Grundplatte 40 und die Durchgangsbohrung 621 der
anderen leitenden Druckplatte 62 hindurch. Auf diese Weise
können
die leitenden Druckplatten 62 an der Grundplatte 40 befestigt
werden. Durch die feste Berührung
der leitenden Druckplatten 62 mit dem Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich 511, 531 des
gewickelten Elektrodenaufbaus 50 ergibt sich eine elektrische Verbindung.
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Das
Verbindungselement 70 ist als leitfähiges Element ausgeführt, das
flexibel und umgebogen ist. Ein Ende des Verbindungselements 70 ist
elektrisch an die leitende Druckplatte 62 am gewickelten Elektrodenaufbau 50 angeschlossen,
während
das andere Ende elektrisch mit der Anoden- oder Kathodenanschlussklemme 31, 32 verbunden
ist.
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Die
obige Beschreibung bezieht sich auf die Konfiguration des erfindungsgemäßen Kernaufbaus eines
rechteckigen sekundären
Lithium-Akkus sowie deren relevante Bauteile. Die Erfindung ist
als Verbesserung des Kernaufbaus anzusehen. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration
können
die allen Schichten des Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereichs 511, 531 des
gewickelten Elektrodenaufbaus 50 unmittelbar mit den leitenden
Druckplatten 62 des Plattenverbinders 60 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.
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Wie
aus den 4 bis 8 ersichtlich,
ist eine große
Fläche
des Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereichs 511, 531 an
der Seite des gewickelten Elektrodenaufbaus 50 vorhanden,
auf den kein Anoden- bzw. Kathodenstoff aufgetragen ist. Im Anoden-
und Kathodenanschlussbereich 511, 531 sind mehrere
aufeinander liegende Schichten vorgesehen, wobei die leitenden Druckplatten 62 des
Plattenverbinders 60 außen am Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich 511, 531 angebracht
sind. Außerdem gehen
die Befestigungsstifte 61 durch die jeweiligen Durchgangsbohrungen 621 der
leitenden Druckplatten 62 hindurch und greifen in die Grundplatte 40 hinein,
und zwar derart, dass die leitenden Druckplatten 62 mit
den Schichten im Anoden- und Kathodenanschlussbereich 511, 531 fest
verbunden sind. Durch die feste Verbindung der allen Schichten im Anoden-
und Kathodenanschlussbereich 511, 531 ergibt sich
ein erfolgreiches Ausleiten der elektrischen Energie des gewickelten
Elektrodenaufbaus 50 durch die leitenden Druckplatten 62 aus
dem Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich 511, 531.
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Hierzu
ist darauf hinzuweisen, dass die Schichten im Anoden- oder Kathodenanschlussbereich 511, 531 des
gewickelten Elektrodenaufbaus 50 direkt mit einem Paar
der leitenden Druckplatten 62 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 Kathodenanschlussbereich 511, 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.
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Wie
aus 9 ersichtlich, ist jeweils eine leitende Hülse 80 auf
die beiden Seiten der Grundplatte 40 aufgesetzt. Die leitende
Hülse 80 bewirkt,
dass der Anoden- und Kathodenanschlussbereich 511, 531 an
den beiden Seiten der Grundplatte 40 weiterhin miteinander
verbunden sind, wenn die leitenden Druckplatten 62 an alle
Schichten im Anoden- bzw. Kathodenanschlussbereich 511, 531 angedrückt werden.
Damit wird die Anzahl der Strompfade beim Aufladungs- und Entladungsvorgang
erhöht,
sodass der Widerstand im Inneren des Akkus ferner reduziert wird.
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- 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