DE2141332C3

DE2141332C3 - Batterie galvanischer Elemente und Verfahren zum Zusammenbau derartiger Batterien

Info

Publication number: DE2141332C3
Application number: DE2141332A
Authority: DE
Inventors: Everett R. Cich; Robert C. Ivey
Original assignee: ESB Inc
Current assignee: ESB Inc
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1971-08-18
Publication date: 1974-10-17
Also published as: FR2149594A5; BE771361A; DE2141332B2; US3615867A; NL7111352A; DE2141332A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Batterie galvanischer Elemente, deren Zellen mit Hilfe einer elektrisch lei- !enden Zwischenlage miteinander verbunden sind und die in zahlreichen elektronischen Geräten und Anlagen verwendet werden kann. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbauen derartiger Batterien.

Bisher hat man die Zellen derartiger Batterien im allgemeinen entweder mit Hilfe eines einzigen Verbindungsstreifens oder mit Hilfe von schalenartigen oder tassenartigen Verbindungselementen miteinander verbunden. Bei Verwendung von Verbindungsstreifen als Zwischenlage wird ein Stück eines Metallbandes an eine Elektrode einer ersten Zelle und außerdem an die Elektrode entgegengesetzter Polarität einer zweiten Zelle, welche auf die erste Zelle aufgesetzt worden ist, angeschweißt oder angelötet. Bei Verwendung von schalenartigen oder tassenartigen Verbindungselementen wird eine Metallschale an eine Elektrode der ersten Zelle angeschweißt oder angelötet, woraufhin man eine zweite Zelle in diese Metallschale eindrückt und durch Punktschweißung an einer oder mehreren Stellen elektrisch mit derselben verbindet, so daß die einzelnen Zellen in Serie geschaltet sind. Keine dieser Verbindungsarten ist jedoch seht· befriedigend, weil hierdurch nicht die zahlreichen Probleme überwunden werden, die beim Zusammenstecken mehrerer übereinanderliegender elektrischer Zellen einer Batterie auftreten.

Bei Verwendung eines einzigen bandförmigen oder stufenförmigen Elesnentes als Zwischenlage besteht die Gefahr, daß sich die einzelnen Zellen der Batterie gegeneinander bewegen und somit locker werden oder daß der aus den einzelnen Zellen bestehende Stapel durch Stöße oder Vibrationen gelockert wird und auseinanderfällt. Attch besteht '» ^; -K rart gestapelten vielzelligen Batterien die Gefahr, daß der Stapel der Zellen sich ausbeult oder schräg stellt und überhängt, d. h., daß die einzelnen Zellen keine feste Lage gegenüber den anderen Zellen beibehalten. Wenn man Metallschalen als Zwischenlage zwischen den einzelnen Zellen einer Batterie vorsieht, befinden sich Lufttaschen in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Zd¹^n, die dadurch entstehen, daß die Zellen nicht genau in die schalenförmigen Verbindungselemente eingepaßt sind. Wenn eine aus derart gestapelten Zellen bestehende Batterie umgössen oder verzinkt oder in einem entsprechenden Kunststoff eingebettet wird, bilden diese Lufttascher Lufteinschlüsse, weiche für die Batterie schädlich sind, wenn dieselbe hohen Erdbeschleunigungskräften ausgesetzt wird. Das ist unerwünscht, weil derartige Batterien in Instrumenten Verwendung finden, welche derartigen Kräften ausgesetzt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile b.i aus aufeinandergestapelten Zellen bestehenden Batterien in einfacher und zweckmäßiger Weise zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Batterie der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß jede Zwischenlage einen flachen Mittelteil besitzt, der mit einer Elektrode einer ersten Zelle verschweißt oder verlötet ist und der mindestens zwei über seine Außenkante hinausragende Zungen aufweist, die an der Elektrode entgegengesetzter Polarität einer zweiten Zelle hochgebogen und mit ihr verschweißt oder verlötet sind. Auf jeder Zelle der erfindungsgemäßen Batterie ist also eine Zwischenlage befestigt, die mit Halteelementen versehen ist, weiche eine zweite Zelle erfassen und ausrichten und mit gutem elektrischen Kontakt an der ersten Zelle halten. Auf diese Weise wird vermieden, daß sich die einzelnen Zellen der Batterie nicht gegeneinander verschieben können und der Zcllenstapel sich nicht ausheult oder schräg stellt, ohne daß hierzu ein besonderes Gehäuse oc.er zusätzliche Halter erforderlich wären. Zwischen den einzelnen Zellen der Batterie befinden sich auch keine Lufttaschen, die Lufteinschlüsse bilden können, wenn der Zellenstapel umgössen oder eingekapselt wird.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausftihrungsform der Erfindung enthält der flache Mittelteil der an jeder Zelle befestigten Zwischenlage eine zentrale Öffnung, durch welche man einen Schweißkontakt oder Lötkontakt hindurchstecken kann, um das Anschweißen oder Anlöten der Zwischenlage an der einen Elektrode der betreffenden Zelle zu erleich

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Zum Zusammenbau derartiger Batterien wird dareh die zentrale öffnung eine der Schwetßelektro-

nach einem wetteren Merkmal der Erfindung vorge- den hindurchführen. Bei großen Zellen wird man je-

schlagen, daß die Zwischenlage flaihliegend mit seit- doch unter Umständen ein volles Verbindungsele-

lich überstehenden Zungen auf einer Zelle ange- ment vorziehen, weil die Elektrode, an welche das

bracht uiid dort angeschweißt oder angelötet wird, 5 Verbindungselement angeschweißt werden sol¹, groß

woraufhin man eine zweite Zelle auf die Zwischen- genug ist, daß die Schweißelektrode, welche mit der

lage aufsetzt, danach die seitlich vorstehenden Zun- Zellenelektrode in Kontakt kommen muß, diesen

gen der Zwischenlage hochbiegt und gegen die tas- Kontakt an einer Stelle des Außenurafanges der ZeI-

senartige äußere Elektrode der zweiten Zelle legt und lenelektrode herstellen kann. Andere Abwandlungen

dort durch Punktschwejßung befestigt, woraufhin, je io des Verbindungselementes sind ebenso möglich,

nach Bedarf, weitere Zellen in derselben Weise ange- beispielsweise indem man ein kleines Loch in den

bracht werden, um einen eine Batterie bildenden ZeI- flachen Teil eines vollen Verbindungselementes ein-

lenstapel herzustellen. Zum Anschweißen oder Anlö- stanzt, um eine Stelle zu schaffen, an welcher die

len der Zwischenlage an die Elektrode einer Zelle Schweißelektrode mit der Zellenelektrode in Kontakt

wird zweckmäßig em Schweiß- oder Lötkontakt 15 kommen soll. Bei jeder Art des Verbindungselemen-

durch eine Öffnung der auf die Zelle aufgesetzten tes wird jedoch eine positive mechanische und elek-

Zvnschenlage gesteckt und in Kontakt mit der Elek- trische Verbindung zwischen den einzelnen Zellen

trode, an der die Zwischenlage befestigt werden soll, hergestellt.

gebracht. Auf diese Weise ist es möglich, die Zwi- Obwohl man annehmen sollte, daß ein ringförmi-

schenlage schnell und exakt mit der betreffenden 20 ges Verbindungselement 20 in seiner Mitte" einen

Zelle dauerhaft zu verbinden. _Raum schafft, in welchen Luft eingeschlossen wer-

Durch die erfindungsgemäßen Verbindunasele- den kann, wurde gefunden, daß dies nicht sehr bemente werden die aufeinandersitzenden Zellen "nicht deutend ist. so daß festgehalten werden kann, daß nur dauerhaft und mit gutem elektrischen Kontakt sowohl ringförmige al.s auch volle Verbindungseleumereinander verbunden, sondern auch genau zuein- 25 mente der beschriebenen Art wesentliche Verbesseander ausgerichtet, d. h., der Zellenstapel wirf sich rungen gegenüber den bekannten schalenartigen oder nicht oder ist nicht in sich schief. tasscnartigen Verbindungseleinenten darstellen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der F i g. 2 zeigt, wie mit Hilfe eines Verbindungsele-

Erfindung schematisch dargestellt, und zwar ze igt mentes 20 eine Zelle einer mehrzelligen Batterie mit

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines "erfin- 30 einer weiteren Zelle verbunden werden kann. Das

dungsgemäß verwendeten flachen Verbindungseie- Verbindungselement 20 wurde an Punkten 22 mit

mentes. der obcnliegenden positiven Elektrode einer Zelle 23

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht einer Zelle mit durch Punktschweißung verbunden. Die Zungen 21

aufgesetztem Verbindungselement, auf die eine stehen dabei über den" Außenumfang der Zelle 23

zweite Zelle aufgesetzt werden soll, und 35 vor. Eine, zweite Zelle 24 soll gemäß Fig. 2 gerade

Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht einer fertigge- auf dem Verbindungselement 20 angebracht werden.

Stellte 1. aus mehreren aufeinandcrgestapelten Zellen Nachdem diese zweite Zelle in der gewünschten

zusammengesetzten Batterie. Weise auf das Verbindungselement aufgesetzt wurde,

Das in F i g. 1 dargestellte Verbindungselement 20 werden die Zungen 21 nach oben gebogen und an die ist ein flacher ringförmiger Körper aus Metall und 40 negative Elektrode 25 der zweiten Zelle 24 angebesitzt nach außen vorstehende Verlängerungen in schweißt, welche die Form pines zylindrischen GeForm von Zungen 21. Das Verbindungselement 20 häuses besitzt. In der Praxis wird eine Vielzahl von besteht vorzugsweise aus kaltgewalztem Stahlblech, flachen Zellen übereinander gestapelt und mit Hilfe welches, falls ersvünscht. mit Cadmium, Nickel, von Verbindungselementen 20, die jeweils zwischen Cold. Chrom od. dgl. als Korrosionsschutz und oder 45 zwei Zellen liegen, in derselben Weise zu einer Batteium Verbessern des Aussehens des Verbindungseie- rie verbunden, wobei auf die Oberseite jeder Zelle, mentcs und der Eitterie überzogen sein kann. Auch mit Ausnahme der obersten Zelle des Stapels, ein lolltc das Metall des Verbindungselementes 20 mit Verbindungselement 20 aufgeschweißt oder aufgelö- <lem Metall der einzelnen Zellen der Batterie vertrag- tet wird. Dieser Zcllenstapel wird dann in ein zylinlich sein, um jegliche Korrosion wegen ungleichen 50 drisches Rohr oder Gehäuse eingesteckt, welches Metalleffekten zu verringern oder /v. verhindern. drei senkrechte Schlitze aufweisf, durch die die Zun-

In der Praxis wird der flache Teil des Verbin- gen 21 der einzelnen Verbindungselemente hindurch-

dungselcmcntcs 20 zuerst an eine Elektrode einer ragen. Dann drückt man gegen beide Enden dieses

Zelle angeschweißt oder angelötet. Daraufhin wird Zellenstapels und hält somit die einzelnen Zellen fest

tine zweite Zelle auf die Oberseite des Vcrbindungs- 55 aneinandt,, woraufhin die einzelnen Zungen 21

tlemcntes 20 aufgesetzt, und man biegt die seitlich hochgebogen werden, bis sie einen unmittelbaren

vorstehenden Zungen nach oben und schweißt oder Kontakt mit der Außenseite der taäsenartigen oder

lötet dieselben dann an die Elektrode entgegcnge- hohlzylinderartigen Elektrode der darüberliegenden

setzter Polarität dieser zweiten Zelle an. Auf diese Zelle erhalten. Dann werden die so hochgebogenen

Weise wird eine mechanisch steife bzw. feste Verbin- 60 Zungen mit den entsprechenden Elektroden der

dung zwischen den einzelnen Zellen erzeugt, welche nächsten Zelle verschweißt oder verlötet, um die ge-

auch eine gute elektrische Verbindung ist. wünschte Verbindung der einzelnen Zellen herzustel-

Das in F i g. 1 dargestellte Verbindungselement 20 len. Danach kann die so aus einzelnen aufeinanderbcsitzt eine kreis;örmige zentrale Öffnung, jedoch gestapelten Zellen bestehende Batterie aus dem rohrkann das Verbindungselement auch aus vollem Ma- 65 förmigcn Gehäuse entfernt werden, und man hat eine terial bestehen, i.'ormalerweise verwendet man ein einzige kompakte und feste Batterie. In Abhängigkeit ringförmiges Verbindungselement 20, weil hierdurch von der Höhe des zylinderförmigcn oder rohrförmiclcr Schweißvorgang erleichtert wird, den man kann gen Gehäuses kann man aus verschiedenen Mengen

einzelner Zellen unterschiedlich hohe bzw. lange Batterien zusammenschweißen, ohne daß sich dieselben werfen oder seitlich verbiegen.

F i g. 3 zeigt eine aus einem mehrzelligen Stapel bestehende Batterie 26, die unter Verwendung eines Verbindungselementes 20 so zusammengebaut worden ist, wie in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben wurde. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die als Verbinder 27 dienenden Zungen hochgebogen und an die Außenwand der jeweils folgenden Zelle angeschweißt oder angelötet worden sind. Diese Verbindung wurde durch Punktschweißung erzeugt, wobei ein Schweißpunkt 28 zu erkennen ist, der eine Verbindung mit einer tassenförmigen negativen Elektrode 29 an der obersten Zelle herstellt. Alle Zungen sind in ähnlicher Weise durch Punktschweißung mit der jeweiligen nächsten Zelle verbunden, wie die Zeichnung andeutet. Diese Säule oder dieser Stapel aus einzelnen Zellen kann sich nicht werfen oder verbiegen, und jede einzelne Zelle wird fest und dauerhaft an der jeweils anderen Zelle gehalten. Hierdurch wird die vorgeschlagene mehrzellige Batterie besonders geeignet für elektronische Geräte oder Ausrustungen, die Kräften unterworfen werden, bei denen sich Teile wie die Zellen einer Batterie voneinander lösen können.

Es ist üblich, eine aus mehreren Zellen hergestellte Batterie der in Fig. 3 dargestellten Art einzugießen oder in einem Kunststoff einzukapseln. Wenn dies bei einer Batterie gemäß Fig. 3 geschieht, bilden sich keine Lufttaschen im Kunststoff, was jedoch häufig der Fall ist, wenn schalenartige oder tassenartige Verbindungselemente zwischen den einzelnen Zellen einer mehrzelligen Batterie verwendet werden. Dies ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungselemente zum Herstellen einer Mehrzellen-Batterie.

Es sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne weiteres auch Änderungen gegenüber dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel möglich. Beispielsweise kann die Anzahl der am Verbindungselement vorgesehenen Zungen verändert wer-

ao den. Obwohl vorzugsweise drei Zungen vorgesehen sind, ist es auch möglich, zwei oder vier Zungen oder oder auch jede beliebige andere Anzahl von Zungen, soweit dies sinnvoll erscheint, vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Batterie galvanischer Elemente, deren Zellen mit Hilfe einer elektrisch leitenden Zwischen- S lage miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zwischenlage (20) einen flachen Mittelteil besitzt, der mit einer Elektrode einer ersten Zelle (23) verschweißt oder verlötet ist und der mindestens zwei über seine Außenkante hinausragende Zungen (21) aufweist, die an der Elektrode entgegengesetzter Polarität einer zweiten «Zelle (24) hochgebogen und mit ihr verschweißt oder verlötet sind.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Mittelteil der Zwischenlage (20) £^;ne zentrale öffnung zum Durchstekken eines Schweißkontaktes oder Lötkontaktes enthält.

3. Verfahren zum Zusammenbauen einer aus wenigstens zwei mit Hilfe von elektrisch leitenden Zwischenlagen untereinander verbundenen Zellen bestehenden Batterie galvanischer Elemente gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dip Zwischenlage flachliegend mit seitlich überstehenden Zungen auf einer Zelle anbringt und dort anschweißt oder anlötet und dann eine zweite Zelle auf die Zwischenlage aufsetzt, danach die seitlich vorstehenden Zungen der Zwischenlage hochbiegt und gegen die tassenartige äußere Elektrode c.-r zweiten Zelle legt und dort durch Punktschweißung befestigt, woraufhin, je nach Bedarf, weitere Zellen in derselben Weise angebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschweißen oder Anlöten der Zwischenlage an die. Elektrode einer Zelle ein Schweiß- oder Lötkontakt durch eine Öffnung der auf die Zelle aufgesetzten Zwischenlage gestreckt und in Kontakt mit der Elektrode, an der diese Zwischenlage befestigt werden soll, gebracht wird.