DE2229593A1 - Batterie - Google Patents

Description

• Batterie Die Erfindung betrifft einen Batterieaufbau und insbesondere Batterien mit mehreren übereinander gestapelten Zellen mit einem Inhalt, der bei Auftreten bestimmter Zustände wie Überlastung oder Kurzschluss expandiert. Eine derartige Zelle ist eine Quecksilberzelle, die aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen Zink und Quecksilberoxid eine Ausgangsspannung abgibt und die typischerweise als schmale, abgedichtete Scheibe geringer axialer Dicke ausgebildet ist und Endwände hat, die Kontaktflächen zur leitenden Berührung mit den Endwänden benachbarter Zellen bilden, wenn mehrere solche Zellen koaxial übereinander gestapelt und verbunden sind, um eine Batterie zu bilden.
• Wenn eine Zelle überlastet ist oder kurzgeschlossen wird, bewirkt die chemische Reaktion in der Zelle eine Expansion des Inhalts. Solch eine Expansion kann das Zellengehäuse zerreissen und in bestimmten Fällen ist das Zerreissen so heftig, dass eine Explosion auftritt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahr einer solchen Explosion dadurch zu beseitigen, dass die Zellen in Abhängigkeit von der festgestellten Schwellung bzw. Ausbeulung einer Zelle elektrisch getrennt werden. Dies soll auf relativ einfache und billige Weise dadurch geschehen, dass zwischen den Zellen angeordnete Elemente unwirksam gemacht und automatisch in Abhängigkeit von dem Ausbeulen einer benachbarten Zellenwand aktiviert werden. Dies geschieht dadurch, dass ein Isolierabstandshalter zwischen je zwei Zellen angeordnet wird, und dass die benachbarten Kontaktwände um oder über den Abstandshalter durch eine brechbare Verbindung wie mehrere Punktschweissungen verbunden werden, die brechen und die Wände trennen, wenn sich eine der Wände gegen den Abstandshalter ausbeult.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert. Es zeigt? Fig. 1 eine Seitenansicht einer Batterie gemäss der Erfindung mit einer Folie, die mehrere Zellen in einem Stapel hält, wobei die Folie im Querschnitt dargestellt ist, Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 einen vergrösserten Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1, Fig. 4 eine Seitenansicht eines Teils des Zellenstapels in Fig. 1 nach Expansion der Kontaktwände, und Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer der Zellen in auseinandergezogener Anordnung.
• Die erfindungsgemässe Batterie 10 besteht aus einem Stapel von in Reihe geschalteten Quecksilberzellen 11 bekannter Art mit einem nicht gezeigten chemischen Inhalt, der eine Spannungsdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Endflächen einer jeden Zelle erzeugt. Jede Zelle ist scheibenförmig ausgebildet und hat eine zylindrische Seitenwand 12, eine flache kreisförmige Wand 13 (Fig. 4), die das untere Ende der Scheibe bildet, wie gezeigt ist, und eine kreisförmige obere Endwand 14, die in der Seitenwand dicht sitzt und darin durch eine geeignete, bei 15 in Fig. 2 und 5 gezeigte Masse abgedichtet ist.
• Wenigstens zwei, üblicherweise mehr als zwei solcher Zellen 11 sind koaxial übereinander gestapelt, um eine Batterie 10 zu bilden, wobei beispielsweise vier Zellen gezeigt sind.
• Um die Zellen in dem Stapel zu befestigen, sind je zwei Zellen in geeigneter Weise verbunden, z.B. durch Punktschweissen benachbarter Berührungsflächen, und der Stapel ist in einer Plastikfolie 17 eingeschlossen, die den Stapel 18 durch Aufschrumpfen dicht umgibt. Metallkappen an den Enden des Stapels decken die Enden der Folie ab und sind mit den benachbarten Kontaktflächen der äusseren Zellen verbunden, um die Pole der Batterie zu bilden.
• Um den Schweissvorgang zu erleichtern, sitzt der untere Teil einer jeden Zelle 11 über der unteren äusseren Zelle in einer Kappe mit einer Seitenwand 19, die an der zylindrischen Seitenwand 12 der Zelle befestigt ist, und mit einem Boden 20, der an dem benachbarten Ende der nächsten Zelle in dem Stapel befestigt ist. Der Boden 20 einer jeden Kappe kann somit durch Punktschweissen an der benachbarten unteren Zelle befestigt, die nächste Zelle in die Kappe eingesetzt und die Seitenwände 12 und 19 können durch Punktschweissen verbunden werden. Auf diese Weise bilden die Kappenböden 20 Verlängerungen der unteren Kontaktwände 13 der Zellen. Die Zellen sind so durch Punktschweissungen elektrisch verbunden, die bei 21 angegeben sind und werden von der Folie 17 im Stapel zusammengehalten. Die Punktschweissungen zwischen den Kappenwänden 19 und den Scheibenwänden 12 sind bei 22 angegeben.
• Gemäss der Erfindung ist die Batterie 10 gegen eine übermässige Expansion der einzelnen Zellen 11 und damit gegen ein Zerreissen und Explodieren der Zellen durch Isolierabstandshalter 23 geschützt, die zentral zwischen den Kontaktwänden 14 und 20 der Zellenpaare angeordnet sind, um die im Abstand angeordneten Teile der Wände elektrisch voneinander zu isolieren. Die Verbindungen zwischen den Kontaktwänden, die durch die Punktschweissungen 21 gebildet werden, liegen um die Abstandshalter und können in Abhangigkeit von der Expansionskraft in einer Zelle brechen, die gross genug ist, um die Endwand der Zelle nach aussen gegen den Abstandshalter auszubeulen, jedoch nicht ausreichend ist, um die Zelle zum Explodieren zu bringen. Durch das Ausbeulen des zentralen Teils der Zellenwand gegen den Abstandshalter werden die Zellen in axialer Richtung gespreizt und die punktgeschweissten Teile verschieben sich voneinander weg, wobei der ausgebeulte zentrale Teil mit dem Abstands.
• halter in Berührung bleibt und die Umfangsteile axial voneinander entfernt sind.
• In diesem Falle ist jeder Abstandshalter 23 eine relativ dünne, kreisförmige Scheibe aus einem geeigneten Material wie z,B. "Mylar" und hat einen Durchmesser von etwa einem Viertel des Durchmessers der Kontaktwände 14 und 20 der Zellen und eine Dicke in der Grössenordnung von etwa 0,25 mm. Zur Erleichterung des Zusammenbaus und zur Sicherung des Halts des Abstandshalters an der gewählten zentralen Stelle ist der Abstandshalter an einer der Endwände, entweder an der Unterseite des Kappenbodens 20 oder an der Oberseite der oberen Kontaktwand 14 angeklebt.
• Wie Fig. 2 und 4 klar zeigen, weist eine brechbare Verbindung z.B. vier Punktschweissungen 21 auf, die um den Abstandshalter 23 etwa in der Mitte zwischen diesem und dem Umfang der oberen Kontaktwand 14 der unteren Zelle des Zellenpaars angeordnet sind. Bei den dargestellten Zellen ist die obere Wand relativ stark, während die untere Wand 13 und der Kappenboden 20 flexibler sind, so dass jeder Punktschweissvorgang jeden Kappenboden um den Abstandshalter umgekehrt schalenförmig nach unten zieht (Fig. 3), um einen Kontakt längs einer im wesentlichen ununterbrochenen und kreisförmigen Linie au bilden, die durch die vier Punktschweissungen verläuft. Die zentralen Teile der kontaktierenden Endwände sind jedoch durch die Abstandshalter voneinander getrennt.
• Der expandierte Zustand einer der Zellen 11 ist in Fig. 4 gezeigt, in der die untere Endwand 13 und der Kappenboden 20 vom normalen Zustand nach unten ausgebeult sind, wobei der zentrale Teil grösser ausgebeult ist als der Umfangsteil, wie zu erwarten ist. Der zentrale Teil ist der Hauptdruckpunkt, durch den die Expansion gegen den Abstandshalter wirkt, um die beiden Zellen des Zellenpaars zu spreizen, so dass ein Bruch und eine Trennung der vier Punktschweissungen 21 erfolgt. Dadurch kommen die Zellen in den gezeigten Zustand, in dem der Kappenboden 20 von der benachbarten oberen Kontaktwand 14 durch den Abstandshalter in dem zentralen Teil und den Luft spalt ausserhalb des Umfangs des Abstandshalters getrennt sind.
• Daher tritt kein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Zellen auf und die elektrische Verbindung ist unterbrochen, so dass eine weitere Leitung, die zu einer zusätzlichen Expansion und zu einem möglichen Zerreissen der expandierten Zelle führen würde, verhindert ist.
• Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, dass die einfachen Isolierabstandshalter 23 zwischen benachbarten Zellen 11 in einer Batterie 10 ohne wesentliche Herstellungs oder Materialkosten und ohne den normalen Betrieb der Batterie zu stören, eingebaut werden können, die jedoch automatisch als Anzeigen der beginnenden übermässigen Expansion wirksam werden, um die Batterie ausser Betrieb zu setzen und eine mögliche ernste Beschädigung zu vermeiden.

Claims (8)

Patent ansprüche

1. Batterie mit wenigstens zwei übereinander gestapelten Zellen und aneinanderliegenden Kontaktflächen, von denen wenigstens eine bei Expansion in einem bestimmten Bereich sich nach aussen verformen und ausbeulen kann, und mit einer Einrichtung, um die Zellen elastisch in einem Stapel zu halten, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter aus elektrisch isolierendem Material, der zwischen den Zellen in dem bestimmten Bereich angeordnet ist, und eine brechbare, leitende Verbindung zwischen den Zellen, die die aufeinander liegenden Kontaktflächen nahe dem Abstandshalter elektrisch verbindet, wobei der Abstandshalter an der nachgiebigen Fläche angeordnet ist, um eine Druckstelle zum Trennen der Zellen beim Ausbeulen der nachgiebigen ,Oberfläche anzuordnen, um die Verbindung zu unterbrechen und die Zellen an gegenüberliegenden Seiten des Abstandshalters elektrisch zu trennen.

2. Batterie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehr als zwei Zellen und einen Abstandshalter zwischen je zwei Zellen, um irgendeine Zelle elektrisch abzutrennen, bei der eine Expansion auftritt, wobei jedes Zellenpaar mit aufeinanderliegenden Kontaktflächen wenigstens eine nachgiebige Fläche aufweist.

3. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen scheibenförmig sind und im wesentlichen flache Endkontaktflächen haben, dass der Abstandshalter eine dünne Scheibe ist, die zentral zwischen den Flächen angeordnet ist, und dass die Verbindung um den Umfang des Abstandshalters angeordnet ist.

4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung aus mehreren im Abstand voneinander befindlichen Punktschweissungen besteht.

5. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter wesentlich kleiner als die hontalctflächen ist.

6. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen Quecksilberzellen sind, die durch eine Netallkappe verbunden sind, die auf einer Zelle sitzt und mit dieser mit dem Kappenboden verbunden ist, der zwischen den Zellen angeordnet iat und die nachgiebige Fläche abdeckt, so dass sie eine Verlängerung hiervon bildet, und dass die Verbindung zwischen dem Kappen boden und der Kontalctfläche der benachbarten Zelle gebildet ist.

7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung aus wenigstens einer Schweissung zwisclle dem Kappenboden und der benachbarten kontaktfläche besteht.

8. Batterie nach Anspruch 1 s dadurch gekennzeichnet, dass sich eine der Kontaktfläclien zentral weg von der anderen um den Abstandshalter wölbt, wobei die Verbindung die Kontaktflächen um den gewölbten zentralen Bereich verbindet.