DE2458792C3

DE2458792C3 - Batteriepatrone

Info

Publication number: DE2458792C3
Application number: DE2458792A
Authority: DE
Inventors: Gordon Edwin Irvington N.Y. Kaye (V.St.A.)
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DK140820B; US4091187A; FR2254885B1; DE2458792B2; JPS5092420A; DK140820C; NL177060C; AU7620174A; JPS569789B2; FR2254885A1; CA1029437A; DE2458792A1; GB1490080A; ZA747679B; BE823336A; NL7416221A; IT1030910B; DK649874A; BR7410390D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batteriepatrone aus einem isolierenden Kunststoffgehäuse zur Aufnahme einer aus einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen bestehenden, mit Anschlußmitteln versehenen Batterie, das eine die Zellen haltende Bodenschale und einen die Bodenschale schließenden Deckel aufweist. Die Batteriepatrone ist so aufgebaut, daß sie einen einfachen Einschub in ein kleines Gerät, das mit elektrischer Energie versorgt werden soll, wie beispielsweise eine Kamera, ein Taschenradio, ein Taschenrechner oder dergleichen, gestattet.

In kleinen transportablen elektrischen Geräten, wie beispielsweise Radios, Kameras und Rechner, ist es wichtig, das Gewicht und das Volumen auf ein Minimum zu begrenzen. Da Größe und Anzahl der Batteriezellen für den Betrieb e^nes Gerätes durch den Verwendungszweck vorgegeben ist, stellen die Abmessungen der Batteriezellen die unterste Grenze für die Abmessungen der Batteriepatrone dar und in gleicher Weise wird das Gewicht dieser Zellen zur Traumgrenze für das Gewichtsminimum, auf das derartige Batteriepatronen ■> reduziert werden können. In anderen Worten, um die Abmessungen und das Gewicht von einer Batteriepatrone zu reduzieren, muß das Batteriegehäuse, beispielsweise ein Kunststoffgehäuse, das kleinstmögliche Volumen und folglich ein minimales Gewicht erLalten.

ίο Ein wesentlicher Gesichtspunkt im Zusammenhang mit der Verwendung von Batterien ;n kleinen transportablen Geräten ist das einfache Einsetzen der Batterie in das Gerät zum Anschluß an den eingebauten Stromkreis.

Eine weitere Forderung, die an derartige Batteriepatronen gestellt wird, besteht darin, daß das Gehäuse in der Herstellung billig sein muß, so daß die Patrone weggeworfen werden kann, wenn die Batteriezellen ihre gesamte Energie abgegeben haben.

Eines der Probleme, denen man beim Zusammenbau kleiner Zellen in einer Vielzellenbatterie begegnet, ist das Lösen der mit der Oberfläche oder der Anschlußelektrode einer Zelle verbundenen Metallstreifen in denjenigen Fällen, in denen in der Lötverbindung eine

« Spannung verbleibt und in denen die Zelle während des Betriebes Stoß- oder Vibrationseinflüssen ausgesetzt ist, die bewirken, daß die Lötverbindung zwischen dem Metallstreifen der Zelloberfläche ermüdet und gelöst wird.

'" Einer derjenigen Einflüsse, die zu diesem unerwünschten Effekt uer Lockerung eines Anschlußstreifens von der Zelle, an die er vorher fest angelötet war, beiträgt, ist die Lage der Zelle in den bekannten Batteriepatronen. Die Zellen sind dort so gelagert, daß

'"· die Anschlußstreifen einer ständigen äußeren Beanspruchung ausgesetzt sind. Eine derartige ständige Beanspruchung kann beispielsweise eine Vibration sein, die auf die Zelle wirkt und die die mechanische Spannung in dem Anschlußstreifen verstärkt. Diose Spannung kann

■w dazu führen, daß die Lötverbindung oder Schweißung schließlich auseinandergeht, was oft noch dadurch beschleunigt wird, daß die Lot- bzw. Schweißstelle schon anfänglich gar nicht so einwandfrei war, wie es den Anschein hatte.

'¹I Die Notwendigkeit, derartige mechanische Spannungen auszuschalten, ist in Verbindung mit kleinen Zellen um so wichtiger, als bei diesen der Lot- oder Schweißvorgang sowohl zeitlich als auch hinsichtlich der Höhe der zugeführten Knergie begrenzt werden

w muß. Wo ein derartiger Vorgang manuell durchgeführt wird, erfordert er ein großes Maß an Erfahrung und selbst beim Vorliegen derartiger Erfahrungen können Unterschiede in der Lötzeit oder -hitze eine schlechte Lötverbindung, beispielsweise eine Kaltlötstelle, verur-

>'· Sachen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, alle Bedingungen zu vermeiden, die Spannungen in dem mit der Zelle verlöteten oder verschweißten Anschlußstreifen entstehen lassen und eine Anschlußverbindung zu entwickeln, bei der in dem gleichen

^h» Anschlußstreifen, der mit der Zelle verbunden ist, keinerlei Restspannungen mehr verbleiben, die die Lebensdauer dieser Verbindung negativ beeinflussen können. Daraus folgt, daß die Batterieanschlüsse so ausgebildet sein müssen, daß Drücke, die auf die

M Anschlüsse wirken und die eventuell durch die Anschlüsse auf diejenigen Bereiche übertragen werden können, in denen die Anschlußstreifen mit der Zellenoberfläche verbunden sind und die Bindung

schädlich beeinflussen, reduziert oder eliminiert werden. Die Batteriepatrone soll zudem alle oben geschilderten Forderungen, die heute an eine Batteriepatrone gestellt werden, erfüllen, also insbesondere von geringem Gewicht und möglichst kleinem Volumen sein, sie soll 5 billig herstellbar sein, um als Einwegpackung benutzt werden zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Batteriepatrone der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bodenschale Abstützvorrichtungen in aufweist, die den Druck von äußeren Anschlußkontakten aufnehmen und die Anschlußmittel der Batterei ohne Beeinflussung der Zellen abstützen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Abstützvorrichtungen angeformte Bestandteile 1; der Bodenschale und weisen eine Abstützfläche auf, gegen die die äußeren Anschlußkontakte die Anschlußmittel drücken.

Zweckmäßigerweise besteht jedes Anschlußmittel aus einem Metallteil, das von der Abstützvorrichtung _>o gehalten wird und an ihr verankert Ht und das durch einen Streifen aus elektrisch leitendem Material ,nit einer der Zellen verbunden ist. Vorteilhafterweise ist je eine der beiden Abstützvorrichtungen in unmittelbarer Nähe des Anschlußendes der beiden am Anfang und r> Ende liegenden, in Reihe geschalteten Zellen angeordnet.

Die Tatsache, daß die Anschlußmittel von den Abstützvorrichtungen getragen werden, bewirkt, daß keinerlei Kräfte auf die Verbindungsstelle zwischen m dem Anschlußmittel und der Zelle übertragen werden können, wenn die Batteriepatrone an einen äußeren Stromkreis angeschlossen wird. Somit bleibt auch die Lot- oder Schweißverbindung zwischen dem Anschlußmittel und der Zelle frei von schädlichen mechanischen s> Spannungen, die zu einer Zerstörung der Verbindung führen könnten. Derartige Drücke von äußeren Kontakten auf die Anschlußmiuel können mitunter beträchtlich sein, so daß die durch sie hervorgerufene Spannung in der Lötverbindung /wischen dem An-Schlußmittel und der Zelle gefährliche Größenordnungen annehmen können, je nach der Art der Richtung, in der die Lötstelle in Bezug auf den Druckpunkt des äußeren Kontaktes angeordnet ist.

Wesentlich ist also, daß die Anschlußmiuel für die is Zellen einerseits an starren Ab'tützvorrichtungen abgestützt sind, die den Druck der äußeren Anschlußkontaktc aufnehmen können, andererseits aber flexibel mit den Zellen verbunden sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und zweckmäßi- ίο ge Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielcs näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. I eine perspektivische Ansicht einer Bodenscha- v, Ie einer erfindungsgemäßen Batlericpatronc, in die vier Zellen einsetzbar sind;

Fig. IA und IB perspektivische Ansichten von rundgewickelten Anschlußmitteln für die Batterie mit abstehenden Armen zur Verbindung mit entsprechen- mi den Ansehlußstreifen an die Endzellen der Batterie;

Fig. IC eine perspektivische Ansicht eines Anschlußmittels in vergrößertem Maßstab, aus der die Art hervorgeht, in der das rundgewickelte Anschlußmittel mit einem zu einer der Zellen führenden Anschlußstrei- t> j fen verschweißt ist;

Fig.2 eine Darstellung.des leeren Batteriegehäuses mit auseinander gezogen gezeichneten Teilen;

Fig.3 eine perspektivische Ansicht des oberen Endstückeb der Bodenschale mit aufgesteckten Anschlußmitteln, die zum Zwecke der Verschweißung mit Anschlußstreifen der Zellen nach außen gebogen sind;

Fig.4 eine der Fig. 3 ähnliche perspektivische Darstellung aus der hervorgeht, wie die Anschlußmittel nach dem Verschweißen mit den Ansehlußstreifen der Zellen in eine geschützte Stellung zurückgedrückt sind, in der sie an einer Isolierwand zwischen den Ansehlußstreifen und den Zellen anliegen und

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Batteriepatrone mit geschlossenem Gehäuse.

Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Batteriepairone besteht aus einer Bodenscliale 12, die vier Längsrinnen 16-1 bis 16-4 zur Aufnahme von vier langgestreckten Zellen 18-1 bis 18-4 aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, um eine Vierzellenbatterie zu bilden. Die beiden Batterieanschlüsse 34 und 36 sind an einem Ende der Bodenschale 12 angeordnet und von außen zugänglich, auch nachdem ein Deckel 60 die Bodenschale abdeckt und somii ..-in geschlossenes Gehäuse gebildet wird, in dem die Zellew in ihrer Lage fixiert sind.

Die Gestaltung und Konstruktion der erfindungsgemäßen Batteriepatrone ist so gewählt, daß beide Anschlüsse 34 und 36 innerhalb des Gehäuses liegen, wenn dieses geschlossen und versiegelt wird, daß aber ein Zugang zu den beiden Anschlüssen durch zwei Fenster 70 und 72 im Batteriegehäuse möglich ist, durch die zwei äußere Kontakte eines Stromkreises geführt werden können, der von der Batteriepatrone mit elektrischer Energie versorgt werden soll, wenn die Patrone in ein elektrisches Gerät eingeschoben wird.

Damit die Zellen 18-1 bis 18-4 elektrisch in Reihe verbunden werden können, werden sie in Bezug auf ihre Polarität alternierend in das Gehäuse eingelegt, so daß ihre Enden durch einfache Metallstreifen 22-1 bis 22-3 verbunden werden können.

Unter die Metallstreifen 22-1 bis 22-3 sind geeignete Isolierstreifen gelegt, um einen Kurzschluß benachbarter Zellen, die durch diese Metallstreifen verbunden sind, zu vermeiden.

Die Bodenschale 12 weist keine Rückwand auf, wie aus F i g. 1 hervorgeht. Um das Gewicht der Batteriepatrone so weit wie möglich zu verringern, ist zwischen den beiden Seitenrändern 26-1 und 28-1 der beiden Seitenwände 26 und 28 der Bodenschale 12 ein freier Raum 25 gelassen. Dieser freie Raum 25 wird durch eine Art Schurz 64 am Deckel 60 abgedeckt (F i g. 2 und 5).

Die Bodenschale 12 weist zwei angeformte Abstützvorrichtungen 30 und 32 in Form kleiner Pfosten auf. die aus dem Boden 33 der Schale 12 hervorragen und in unmittelbarer Nähe des vorderen Randes 35 der Eode.ischale und im »vesentlichen parallel zu ihm stehen. Diese beiden Abstützvorrichtungen 30 und 32 sollen die beiden Butterieanschlüsse 34 und 36 aufnehmen, die über diese Abstützvorichtungen geschoben werden, wie in den Fig. 1,3 und 4 gezeigt ist. Um die Anschlüsse 34 und 36 von den ZHIen 18-1 bis 18-4 zu trennen und zu isolieren, ist etwas hinter der Ebene der beiden vertikalen AbstützVörrichtüngen 30 und 32 eine Isolierwand 40 angeordnet. Diese Isolierband 40 steht ebenfalls auf dem Boden 33 der Schale 12 und weist ein nach vorne gerichtetes Teilstück 46 und zwei Seitenflügel 44-1 und 44-2 eher rückseitigen Wand 44 auf. Die Seitenflügel 44-1 und 44-2 und das Teilstück 46 bilden zwei abgetrennte und isolierte Räume für die beiden Anschlüsse der Batterie, wie im folgenden beschrieben

werden wird.

Eine der wesentlichen Aufgaben, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lagen, war es, die Verbindung der BatterieanschlUsse so zu gestalten, daß sie ohne Schaden der Druckkraft eines äußeren Kontaktes unterworfen werden kann und keinerlei Spannungen in irgendeiner Verbindung auftreten können. Um dies zu erreichen, sind die Abstützvorrichtungen 30 und 32 vorgesehen, die einen von einem äußeren Kontakt auf die Anschlüsse 34 und 36 ausgeübten Druck aufnehmen.

In den F-" i g. IA und I B sind die Anschlüsse 34 und 36 aus ihrer normalen Position herausgehoben, wie das durch die gestrichelten Verbindungslinien 34-1 und 36-1 angedeutet ist. In den Fig. I. 3 und 4 sind die beiden Anschlüsse 34 und 36 in ihrer betriebsmäßigen Lage auf den beiden Abstützvorrichtungen 30 und 32 dargestellt, leder der beiden Anschlüsse 34 und 36 hai einen frei abstehenden Arm 34-2 bzw. 36-2. Die Anschlüsse 34 und 36 selbst sind als Spiralen aus Kupfer oder einem ähnlichen elektrisch leitenden Streifen- oder Blattmaterial hergestellt. Die Spirale besteht aus I V₁ Windungen, die ausreichen, um die Anschlüsse aufgrund der Federkraft der Spirale auf den Abstützvorrichtungcn 30 und 32 zu halten.

|ede der beiden Endzeilen 18-1 und 18-4 ist mit einem Metallstreifen 18-14 bzw. 18-44 versehen. Der Metallstreifen 18-1,4 und der benachbarte Arm 36-2 sind an ihren freien Endstücken zusammengeschweißt, wie im einzelnen aus Fig. IC hervorgeht. In der gleichen Weise ist der Metallstreifen 118-4.4 mit dem Arm 34-2 verschweißt.

Wie Fig. IC ferner zeigt, dient die äußere Fläche 36-7* des Anschlusses 36 als druekaufnchmendc flache für einen äußeren Druckkontakt 50 eines mit elektrischer Energie zu versorgenden Gerätes 55. der durch eine Feder 52 vorgespannt ist. um einen ausreichenden Kontaktdruck auf den Anschluß 36 ausüben zu können. Zweckmäßigerweise wird die Verbindung mit dem Anschluß 34 auf die gleiche Weise bewirkt.

F i g. IC zeigt auch deutlich, wie der Anschluß 36 von üci nbsun/.vorriuhiung 52 gehaiieii wird. Dei Ai in 36-2 befindet sich auf der Rückseite der Anschlußvorrichtung 33 und nimmt deshalb den Druck des Kontaktes 50 nicht auf. so daß dieser auch nicht auf den Metallstreifen 18-1 4 übertragen werden kann. Ein übertragener Druck würde bei Vibrationen des Gerätes 55 eine Scherkraft auf die Lötstelle zwischen dem Metallstreifen 18-1 4 und der Oberfläche der Zelle 18-1 ausüben.

Sowohl der Arm 36-2 als auch der Metallstreifen 18-1.4 besitzen eine ausreichende Länge, um sie für den Schweißvorgang nach außen aus dem Gehäuse herausbiegen zu können, wie das in F i g. I und 3 dargestellt ist. Die Schweißung kann dann mit konventionellem Werkzeug durchgeführt werden. Danach wird der mit dem Metallstreifen 18-1Λ verschweißte Arm 36-2 wieder zurück in die Bodenschale 12 gebogen, bis er an dem Seitenflügel 44-2 anliegt. Damit befindet sich der gesamte Anschluß 36 innerhalb der Grenzen der Bodenschale 12, wenn diese mit den Deckel 60 verschlossen wird. Die Verschweißung de Armes 34-2 mit dem Metallstreifen 18-4/4 findet auf die gleiche Weise statt.

Der Deckel 60 wird in geeigneter Weise mit de Bodenschale 12 verbunden, wenn das Gehäuse nacr Abschluß der Montagearbeit verschlossen werden soll Ein geeignetes Verfahren hierfür ist die Verwendung vom Ultraschallenergie, mit deren Hilfe die Ränder vor Deckel 60 und Bodenschale 12 miteinander verschweiß werden können.

Wie in I i g. 2 und 5 dargestellt ist. weist der Deckel 60 eine lechtcekförmige Deckplatte 62. eine über die gesamte Länge reichende Rückwand 64 zum Abschlul der Rückseite der Bodcnschalc 12 und eine Vordcrwanc 66 auf, die in die Frontseite der Bodcnschalc paßt. Die Vorderwand 66 bedeckt die Verbindungen der beidci Anschlüsse 34 und 36, die an der Isolierwand 4^ anliegen, aber sie läßt die beiden Ecken des Gehäuse frei, so daß dort die beiden Fenster 70 und 72 direkt vo den beiden Anschlüssen 34 und 36 entstehen. Somi kann ein äußerer Kontakt, beispielsweise der Druck kontakt 50 in Fig. IC durch jedes der Fenster 70 bzw 72 geführt werden und mit dc^r Kontaktflächc 36-7 ii Eingrif gebracht werden. >:m die elektrische Verbin dung zwischen der Batterie und dem Gerät 5¹ her/usteiicn.

Die Bodenschale 12 weist an einer ihrer Seiten eint Führungsschiene 68 auf. die beim Einschieben de Führungspatrone in das Gerät 55 in Eingriff mit eine dort vorgesehenen Nut oder einem Schlitz gelangt, s( daß die Batteriepatrone gezwungenermaßen nur in de richtigen Polarität in das Gerät eingesetzt bzw eingeschoben werden kann.

Das Vorhandensein der Abstützvorrichtung 30 bzw 32 für die Anschlüsse 34 und 36 führt zu einer äußers wirksamen AnschluDkonstruktion. die den gesamter Druck eines äußeren Druckelementes aufnimmt und di( Druckkräfte auf eine ganz konkrete Fläche begrenzt. s< daß keinerlei von den äußeren Druckkräften herrühren

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Metallstreifen übertragen werden können. Dadurcl wird die mechanische Haltbarkeit der Batteriepatrom wesentlich verlängert.

Wie bereits ausgeführt, steht aufgrund der relatl· kleinen Größe der Zellen wenig Oberfläche für da Anlöten des Metallstreifens an die Zelle zur Verfügung und zwar sowohl wegen der kleinen Oberfläche de Zelle selbst als auch ganz besonders wegen de Forderung, daß die Löthitzc minimal gehalten werdet muß, damit die chemischen Bestandteile in der ZeIk nicht unerwünschte Reaktionen ausführen. Das beweist daß die Ausführungsform der Anschlußmittel, bei de Spannungen von der Verbindung der Metallstreifen mi der Zelie ferngehalten werden, ein sehr wichtige Beitrag für die Konstruktion einer guten Batteriepatro neist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Batteriepatrone aus einem isolierenden Kunststoffgehäuse zur Aufnahme einer aus einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen bestehenden, mit AnschluQmitteln versehenen Batterie, das eine die Zellen haltenden Bodenschale und einen die Bodenschale schließenden Deckel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenschale (12) Abstützvorrichtungen (30, 32) aufweist, die den Druck von äußeren Anschlußkontakten (50) aufnehmen und die Anschlußmittel (34, 36) der Batterie ohne Beeinflussung der Zellen (18-1 und 18-4) abstützen.

2. Batteriepatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützvorrichtungen (30, 32) angeformte Bestandteile der Bodenschale (12) sind und eine Abstützfläche aufweisen, gegen die die äußeren Anschlußkontakte (50) die Anschlußmittel (34,36) drücken.

3. Batteriepatrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der beiden Abstützvorrichtungen (30 bzw. 32) in unmittelbarer Nähe des Anschlußendes der beiden am Anfang und Ende liegenden, in Reihe geschalteten Zellen (18-1 und 18-4) angeordnet ist.

4. Batteriepatrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Anschlußmittel (34 bzw. 36) aus einem Metallteil besieht, das von der Abstützvorrichtung (30 bzw. 32) gehalten wird und an ihr verankert ist und das durch einen Streifen (18-M bzw. W-4A) ^aus elektrisch leitendem Material mi; einer ier Zellen (18-1 oder 18-4) verbunden ist.

5. Batteriepatrone nach A Spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abstützvorrichtung (30, 32) einen nichtkreisförmigen Querschnitt besitzt, daß die Anschlußmittel (34, 36) so geformt sind, daß sie unmittelbar auf die Abstützvorrichtungen aufsteckbar und bei äußerer Einwirkung gegen Relativbewegungen gesichert sind und einen frei abstehenden Arm (34-2, 36-2) aufweisen, der elektrisch und mechanisch mit dem Streifen (18-lzi bzw. 18-44^verbunden ist.

6. Batteriepatrone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abstützvorrichtung (30, 32) eine im wesentlichen ebene Frontfläche besitzt.