DE2317951B2

DE2317951B2 - Verfahren zum Herstellen einer Blockbatterie

Info

Publication number: DE2317951B2
Application number: DE2317951A
Authority: DE
Inventors: Osamu Hamada; Nobuo Sanekata
Original assignee: Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1973-05-08
Filing date: 1973-04-10
Publication date: 1975-03-06
Also published as: US3915751A; DE2317951C3; DE2317951A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Blockbatterie mit im Blockdeckel eingegossenen Polbrücken und Leisten, bei dem bei gestürztem Blockkasten die aus diesem nach unten ragenden stromführenden Teile in eine flüssige Vergußmasse eingetaucht und in ihr bis zu ihrer Verfestigung gehalten werden.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt (US-PS 120 572). Hierbei werden die freien Enden der Stromfahnen zunächst untereinander durch die Polbrücken und Leisten verbunden, bevor sie zusammen mit Polbrücken und Leisten bei gestürztem Gehäuse in die Vergußmasse eingetaucht werden, die danach bei aufrechtstehender Blockbatterie eine unterhalb der Polbrücken und Leisten liegende Isolierschicht bildet.

Zur Verbindung der Stromfahnen mit den Polbrücken und Leisten ist es erforderlich, daß zuvor die Stromfahnen räumlich ausgerichet werden. Hierbei werden mechanische Kräfte auf die Stromfahnen, die Platten, die

Separatoren und die Wandungen des Blockkastens ausgeübt, wodurch eine Schwächung oder Zerstörung dieser Teile oder eine Beeinträchtigung der Lebensdauer der Blockbatterie eintreten kann. Auch ist die mechanische Ausrichtung der Stromfahnen schwierig; eine fehl<»rhafte Ausrichtung kann oft nur von Hand korrigiert werden, so daß hierfür ein großer Arbeitsaufwand erforderlich und eine Herstellung der Blockbatterie in Serienfertigung erschwert ist Weiter besteht bei dem Verbinden der Stromfahnen mit den Polbrücken und Leisten, beispielsweise mittels eines hin- und hergehend bewegten Brenners, die Gefahr, daß durch direkte Hitzeeinwirkung die Platten beschädigt werden und daß durch flüssige Metalltropfen, die von den Polbrücken, Leisten und Stromfahnen auf die Elektroden und Separatoren herabfalbn, elektrisch leitende Fortsätze oder Brücken gebildet werden, die die Leistungsfähigkeit der Batterie beeinträchtigen.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es in einfacher Weise ohne Gefahr von mechanischen Beschädigungen und Verunreinigungen des Zelleninnern und insbesondere im Rahmen einer Serienfertigung durchführbar ist.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, die Platten und die Stromfahnen vor der Verbindung mit den Polbrücken und Leisten räumlich auszurichten. Vielmehr können die Stromfahnen in relativ unregelmäßiger Folge in der sich verfestigenden Vergußmasse fixiert werden, wonach die freien Enden der Stromfahnen bei der Bildung der Vertiefungen von der Außenseite des Blockdeckels her freigelegt und hierbei oder durch einfache zusätzliche Maßnahmen so vorbereitet werden können, daß sie unmittelbar mit den Polbrücken und Leisten verbunden werden können. Bei dieser Verbindung verhindert die bereits verfestigte, zwischen dem Grund der Vertiefungen und dem Zelleninrern als Isolierschicht liegende Vergußmasse, daß Metalltropfen oder andere Verschmutzungen ins Zelleninnere gelangen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen ein Ausführungsbeispiel einer nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Blockbatterie sowie Verfahrensschritte bei deren Herstellung dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 eine nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Blockbatterie in teilweise geschnittener Seitenansicht,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Blockbatterie gemäß F ig. 1,

F i g 3 in perspektivischer Darstellung ein Verfahrensschritt bei der Herstellung der Blockbatterie gemäß Fig. 1, _CJ .,

F i g 4 in perspektivischer Darstellung auf den Verfahrensschritt gemäß F i g. 3 folgende weitere Schritte bei der Herstellung.

Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Blockbattene weist einen Blockkasten 1 auf, der aus einem Kunststoff wie Polypropylen, Acrylnitrilbutadienstyrol oder Acrylnitrilstyrol besteht υηα der in üblicher Weise einstückig derart gebildet ist, daß sich in ihm eine Anzahl von Zellen befindet, die durch Zellenwände 2 getrennt sind Auf der offenen Oberseite befindet sich ein Deckel. Dieser umfaßt eine Deckelschale 3, die aus dem gleichen Material wie der Blockkasten 1 bestehen kann und die einen äußeren, sich nach unten erstreckenden

Rand und sich senkrecht nacn unten erstreckende Wandabschniue 4 aufweist, die in Fortsetzung der gemeinsamen Wände 2 der Zellen verlaufen. Weiter sind in der Deckelschale 3 zwei über deren Länge rechtwinklig zu den Wandabschnitten 4 verlaufende, sich senkrecht nach unten erstreckende Rippen 4' (F i g. 3) eebildet

Die jeweils erforderliche Anzahl von Plattensätzen, die jeweils aus einer Kathodenpiatte 5, einem Separator 6 und einer Anodenplatte 7 bestehen, sind in dieser Reihenfolge ihrer Platten in den Zellen angeordnet. Sie werden in diese so hineingedrückt, daß sie zwischen den Wandungen der Zellen unter Reibung oder durch Einrastung gehalten sind. Innerhalb der Deckelschalc 3 sind Leisten und Polbrücken vorgesehen. Alle diese Verbinder 8 bestehen aus einem leitenden Material wie Blei oder einer Bleilegierung und verbinden die Stromfahnen 5', T gleichnamiger Elektrodenplatten 5,7 einer Zelle untereinander sowie mit den Stromfahnen von Elektrodenplatten 7, 5 entgegengesetzter Polarität einer benachbarten Zelle oder mit Batteriepolen 9, 9' (F i g. 3, 4). Unterhalb der Verbinder befindet sich eine aus einer Vergußmasse bestehende Isolierschicht 10, die neben der Deckelschale 3 einen Teil des Blockdekkels bildet. Auf der Oberseite der Verbinder 8 sind diese mit einer Füllschicht U bedeckt Diese besteht aus einem Füllmaterial, das ebenso wie die die Isolierschicht 10 bildende Vergußmasse vorzugsweise ein in der Wärme ausgehärteter Kunststoff, beispielsweise ein Epoxyd-Kunstharz, ist. In der Deckelschale 3 sind Schraubstopfen 12 vorgesehen, die zum Ein- und Nachfüllen von Elektrolytfiüssigkeit und Wasser dienen.

Die Herstellung des Akkumulators gemäß Fig. ϊ und 2 wird im folgenden an Hand von F 1 g. 5 und 4 näher beschrieben.

Zunächst wird eine Anzahl von Plattensätzen, die jeweils aus einer Kathodenplatte 5 (F i g. 1), einem Separator 6 und einer Anodenpiatte 7 bestehen, in dieser Reihenfolge unter Druckeiivirkung in jede Zelle im Blockkasten 1 eingeführt. Eine anschließende räumliche Ausrichtung der Elektrodenplatten 5, 7 und ihrer Stromfahnen 5', T ist nicht erforderlich. Auch erfolgt zu diesem Zeitpunkt noch keine Verbindung der Stromfahnen 5'. T durch Polbrücken oder Leisten. Die Abstände zwischen den benachbarten Stromfahnen 5' bzw. T kann daher relativ unregelmäßig sein, und diese können verschieden weit aus dem Blockkasten 1 herausragen. Daher ist die Einführung der Elektrodenplatten 5, 7 mit geringem Arbeitsaufwand möglich, und es ist nicht erforderlich, aut die in den Zellen befindlichen Elektrodenplatten 5, 7 zur räumlichen Ausrichtung der Stromfahnen 5', T nochmals Kräfte auszuüben.

Wie in F i g. 3 dargestellt, wird die Deckelschale 3 so gelegt, daß ihre Rückseite nach oben weist. Rückwärtige Vertiefungen, die zwischen den Wandabschnitten 4, den Rippen 4' und dem umlaufenden äußeren Rand der Deckelschale 3 liegen, werden entlang beider Seiten der Deckelschale 3 mit einer flüssigen Vergußmasse gefüllt, während jeweils die mittlere der drei je Zelle vorgesehenen rückwärtigen Vertiefungen leer bleibt. Hierdurch werden eine Ersparnis an Vergußmasse und ein vorteilhaft geringes Gewicht des Deckels erzielt. Die Stromfahnen 5', T werden bei gestürztem Blockkasten 1 mit ihren aus diesem nach unten ragenden freien Enden in die rückwärtigen Vertiefungen der Deckelschale 3 eingetaucht und hierdurch in die Vergußmasse eingebettet. Es sei bemerkt, daß selbstverständlich auch von vornherein die Elektrodenplatten 5, 7 mit nach un-

ten weisenden Stromfahnen 5', T in den bereits gestürzten Blockkasten 1 nach oben eingeführt werden können, so daß ein Umdrehen des Blockkastens 1 vor dem Eintauchen der Stromfahnen 5', T in die flüssige Vergußmasse nicht erforderlich ist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Länge der Stromfahnen 5', T so gewählt, daß diese aus dem Blockkasten 1 herausragen. Während die freien F.nden der Stromfahnen 5', 7' in die Vergußmasse eintauchen, wird der Blockkasten 1 samt den Zellenwänden 2 mit der Deckelschale 3 abgedichtet verbunden. Die zu verbindenden Flächen können mit einem geeigneten Dichtmittel behandelt sein. Zur Verbesserung der Abdichtung kann vorgesehen sein, daß der Rand der Deckelschale 3 und die Wandabschnitte 4 mit der Außenwand des Blockkastens t und den Zellenwänden 2 über eine Feder-Nut-Verbindung ineinander eingreifen, wobei sich das Dichtmittel in den Nuten befindet. Beim Ausführungsbeispiel sind Nuten in den unteren Stirnseiten des Randes der Dekkelschale 3 und der Wandabschnitte 4 gebildet. Zwischen der Deckelschale 3 und der äußeren Wandung des Blockkastens 1 kann statt dessen oder zusätzlich eine Verschweißung unter Hitzeeinwirkung erfolgen. Die Deckelschale 3 besteht in diesem Fall zweckmäßig aus Polypropylen.

Nachdem sich die Vergußmasse, in die die Stromfahnen 5', T eingetaucht sind, zur Isolierschicht 10 verfestigt hat, wird die Blockbatterie in ihre in F i g. 4 dargestellte Gebrauchslage umgedreht. An den zum Einbringen von Verbindern 8 erforderlichen Steiler, werden nun von der Oberseite des Deckels her mit einem Endfräser oder einem anderen Werkzeug Vertiefungen gebildet. Diese erstrecken sich durch das Material der Deckelschale 3 so weit in die Isolierschicht 10 hinein, daß die in der Isolierschicht 10 eingebetteten Enden der Stromfahnen 5', T freigelegt werden. Oberhalb der außenliegenden Zellen wird zusätzlich ein Teil des Fußes der bereits ursprünglich in die Deckelschale 3 eingegossenen Batteriepolc 9, 9' zur Verbindung freigelegt, wie aus F i g. 4 erkennbar ist.

Beim Einschneiden oder Fräsen der Vertiefungen 1st es günstig, wenn die äußersten Enden der Stromfahnen 5', T in geringem Maße spanabhebend bearbeitet werden, weil hierdurch etwa vorhandene Oxydschichten beseitigt und unterschiedliche Längen ausgeglichen werden, wodurch die spätere elektrische Verbindung erleichtert wird. Beispielsweise ergibt sich dann, wenn die Verbinder 8 gegossen werden, eine innige Verschmelzung mit geringem elektrischen Widerstand und guter mechanischer Festigkeit.

Nach der Bildung der Vertiefungen, in denen jetzt die Enden der Stromfahnen 5', T und die Füße der Batteriepole 9, 9' frei liegen, werden die Vertiefungen teilweise mit geschmolzenem, leitfähigen Material wie Blei oder einer Bleilegierung gefüllt, wodurch die Verbinder 8 gebildet werden. Deren Oberseite liegt dann unterhalb der Außenseite der Deckelschale 3. "Statt eines ίο Eingießens der Verbinder 8 ist es ebenfalls möglich, vorgeformte Verbinder 8 in die Vertiefungen einzulegen und diese mit dem Stromfahnen 5', 7' und gegebenenfalls den Füßen der Batteriepole 9,9' zu verbinden, was vorzugsweise durch Schweißen mittels eines Plasmalichtbogens erfolgt.

Auf die Verbinder 8 wird die Füllschicht Ii 1 aufgebracht, die zweckmäßig mit der Oberfläche de r Deckelschale 3 bündig abschließt. Die Füllschichten 11 sind auf der linken Seite der Oberfläche des Deckels in F i g. 4 erkennbar. Ebenfalls ist es allerdings möglich, die Füllschichten 11 wegzulassen und den Deckel mit einer weiteren, isolierenden Deckplatte z:u überdecken.

Bei der beschriebenen Herstellung und dem erzielten Aufbau der Blockbatterie ergeben sich mehrere Vortei-Ie. Wie bereits erwähnt, ist zunächst bei der räumlichen Anordnung der Stromfahnen 5', 7' kerne große Genauigkeit erforderlich. Vielmehr können die Abstände zwischen den Stromfahnen 5', T unregelmäßig sein, und die Stromfahnen 5', 7' können sogar verbogen sein oder verschiedene Längen aufweisen. Hieraus ergibt sich eine Arbeitsersparnis bei der Herstellung. Weiter ist es nicht erforderlich, die Elektrodenplatten 5, 7 zur Ausrichtung der Stromfahnen mechanischen Kräften zu unterwerfen, wodurch entsprechende Beschädigungen vermieden werden. Weiter ist bei der Herstellung der Verbindung zwischen den Enden der Siromfahnen 5'. 7' und den Verbindern 8 jede Hitzeeinv/irkung auf die Elektrodenplatten 5,7 und jede Verunreinigung des Inneren der Zeiten vermieden. Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich daher in besonderem Maße zur Serienherstellung.

Abänderungen des Herstellungsverfahrens gegenüber dem beschriebenen Beispiel sind selbstverständlich möglich. So können die Vertiefungen, durch die die Enden der Stromfahnen 5', T und die Füße der Batteriepole 9, 9' freigelegt werden, auch seitlich vom Rand der Deckelschale 3 her eingeschnitten oder eingefräst werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Blockbstterie mit im Blockdeckel eingegossenen Polbrücken und Leisten, bei dem bei gestürztem Blockkasten die aus diesem nach unten ragenden stromführenden Teile in eine flüssige Vergußmasse eingetaucht und in ihr bis zu ihrer Verfestigung gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromfahnen in unverbundenem Zustand eingetaucht werden, nach dei' Verfestigung der Vergußmasse von der Außenseite her Vertiefungen gebildet werden, in denen miteinander zu verbindende Enden der Stromfahnen freigelegt werden, und hierauf in die Vertiefungen die Polbrücken und Leisten eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gießform für die flüssige Vergußmasse die nach oben gekehrte Rückseite einer einen umlaufenden Rand aufweisenden Deckelschale verwendet wird, die nach der Verfestigung der Vergußmasse zusammen mit dieser den Blockdeckel bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten in den Zellen durch Reibung oder Einrastung gegen ein Herausfallen bei gestürztem Blockkasten gehalten werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Eintauchen der Enden der Stromfahnen in die Vergußmasse eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Blockkasten und dem Blockdeckel hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gießform zwei Batteriepole mit zum Anschluß an jeweils eine Polbrücke ausgebildeten Füßen eingebracht werden, die beim Einfüllen der Vergußmasse umgössen werden, und in den zur Aufnahme der Polbrücken vorgesehenen Vertiefungen jeweils der Fuß eines Baueriepols freigelegt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Vertiefungen unter spanabhebender Bearbeitung der Enden der Stromfahnen und/oder der Füße der Batteriepole erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen ausgefräst werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen von der Oberseite des Blockdeckels her gebildet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen von einem seitlichen, senkrechten Rand des Blockdekkels her gebildet werden.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polbrücken und Leisten durch Eingießen eines flüssigen Metalls in die Vertiefungen hergestellt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Blei oder eine Bleilegierung eingegossen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vorgeformte Polbrükken und Leisten in die jeweiligen Vertiefungen eingelegt und mit den Enden der Stromfahnen

und/oder mit den Füßen der Batteriepole verbunden werden.

13. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden durch Plasmaschweißen erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen der Polbrücken und Leisten so bemessen werden, daß diese die jeweilige Verliefung lediglich teilweise ausfüllen, und der Rest der Vertiefungen zumindest teilweise mit einem isolierenden Füllmaterial aufgefüllt wird.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse und/oder als Füllmaterial ein aushärtbarer Kunststoff verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eis wärtTichärtbarer Kunststoff verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckelschale (3) verwendet wird, die aiif inrer Rückseite in Gebrauchslage senkrecht stehende Wandabschnitte (4) aufweist, die in Fortsetzung der gemeinsamen Wände (2) der Zellen verlaufen und mit diesen Wänden verbindbar sind, und daß die Vergußmasse (10) in die nach oben gekehrte Rückseite dieser Deckelschale bis zu einer solchen Höhe eingefüllt wird, daß der Rand der Deckelschale und die Wandabschnitte die Oberfläche der Vergußmasse überragen.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen derart gelegt werden, daß ihre senkrechten Wandungen weitgehend in der verfestigten Vergußmasse verlaufen.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckelscha'ie (3) verwendet wird, die auf ihrer Rückseite zwei senkrecht zu den Wandabschnitten (4) über die Länge der Dekkelschale durchlaufende Rippen (4') aufweist, so daß bei nach oben gekehrter Rückseite je Zelle drei rückwärtige Vertiefungen gebildet sind, und daß lediglich in die beiden außenliegenden, von dem umlaufenden Rand der Deckelschale begrenzten rückwärtigen Vertiefungen die flüssige Vergußmasse eingefüllt wird.