DE2557455A1

DE2557455A1 - Batterie

Info

Publication number: DE2557455A1
Application number: DE19752557455
Authority: DE
Inventors: Martin G Rosansky
Original assignee: Power Conversion Inc
Current assignee: Hawker Eternacell Inc
Priority date: 1973-01-30
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1977-06-30
Also published as: US3897270A; DE2557455B2; DE2557455C3

Description

Power Conversion, Inc., 70 MacQuesten Parkway South, Mount Vernon, New York, (V.St.A.).

Batterie

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Anordnung zum Befestigen eines Anschlusses an der Oberseite der Batterie.

Das Aufkommen von Batterien mit hohem Dampfdruck, die eine stark verbesserte elektrische Leistung, relativ zu ihrer Größe und ihrem Gewicht abgeben und eine lange Lagerzeit haben, hat neue Probleme bei der Konstruktion von Batterien gebracht. Diese Batterien verwenden im allgemeinen einen elektrisch leitenden Oberteil oder Deckel, der manchmal aus Aluminium besteht. Beispiele solcher Batterien verwenden das Element Lithium und enthalten SOp als Depolarisator, wie in dem US-PS 3 748 186 beschrieben ist.

709826/0481

2557AhS

Das Elektrolyt von Batterien dieser Art wird gewöhnlich durch ein Auge oder ein öhr eingespritzt, das integral in dem Aluminiumdeckel des Batteriegehäuses ausgebildet ist. Nach dem Einspritzen wird der nach oben stehende Teil des Öhrs abgeschnitten und der übrigbleibende Stutzen durch Kaltverschweißen geschlossen. Danach wird eine Kappe, die einen Anschluß bildet, aufgesetzt. Diese Kappe kann vorzugsweise aus Stahl bestehen, so daß Verbindungen oder Anschlüsse leicht angeschweißt werden können, und die kaltgeschweißte Naht mit Epoxy abgedeckt werden kann, um sicherzustellen, daß keine Lecks entstehen.

Die Befestigung der Kappe bringt Schwierigkeiten mit sich, insbesondere im Hinblick auf die gewünschte Langlebigkeit der Batterie (shelf life). Ein Druckkontakt zwischen der Kappe und der flachen Fläche des Deckels gibt keine zufriedenstellende elektrische Verbindung, die lange hält, weil es schwierig ist, Stahl mit Aluminium zu verschweißen und das im Bereich der Schweißung aufgebrachte Epoxy dazu neigt, dazwischen zu treten. Eine mögliche galvanische Reaktion zwischen dem Stahl und dem Aluminium kann zusätzliche Probleme aufwerfen.

Die Befestigung der Kappe am Deckel sollte außerdem andere bevorzugte Konstruktionsmerkmale nicht stören.

Es besteht daher ein Bedarf für eine Batterie, die einen hohen Dampfdruck aushält, lang gelagert werden kann und die das Anbringen eines Anschlusses aus einem geeigneten Material erleichtert.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Batterie ein Gehäuse mit einem Hohlraum, in welchem das elektrochemische Hochdampf-

709826/0491

55 /Abb

druck-System der Batterie enthalten ist. Vorzugsweise ist eine stabile Zwischenwand über einer Öffnung des Gehäuses angeordnet, und eine relativ biegsame Abdeckung liegt mit ihrer unteren Fläche über der Zwischenwand oder dem Zwischendeckel, um eine Entlüftung zu erleichtern und Explosionen zu verhindern. Ein Zwischenteil aus Aluminium ist an die Abdeckung angeschweißt und mit einem nach außen vorragenden Abschnitt versehen, der eine oder mehrere nach oben stehende Seitenwände bildet, die die Naht abdecken. Eine Kappe, vorzugsweise aus nickelplattiertem Stahl, ist über den nach außen ragenden Abschnitt gepaßt und in Eingriff mit den Seitenwänden, um einen elektrischen Anschluß zu bilden.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Batterie nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Batterie nach Fig. 1, wobei die Kunststoffabdeckung entfernt ist₀

Fig. 3 zeigt perspektivisch ein Verbindungsglied in der Batterie nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht von unten auf einen Oberteil der Batterie nach Fig. 1 und

Fig. 5 zeigt eine Modifikation der Konstruktion nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie mit einem zylindrischen Batteriegehäuse 10 aus Stahl, das an seinem Boden 12 geschlossen ist₀ Das Gehäuse 10 ist an seinem Umfang eingezogen und bildet eine Rippe 13 längs der Innenwand des Gehäuses, die einen geringen Abstand vom offe-

709826/0491

255745b

nen oberen Ende 14 hat. Ein stabiler metallischer Druckring 18 ist vom offenen Ende 14 des Gehäuses 10 aus eingesetzt und sitzt auf der Rippe 13o

Über dem offenen Ende 14 des Gehäuses 10 ist ein stabiler, scheibenförmiger Zwischendeckel 20 aus Aluminium angeordnet. Eine scheibenförmige Abdeckung 22 aus Aluminium mit derselben Größe liegt mit ihrer unteren Fläche auf dem Deckel 20. Der Umfang des Deckels 20 und der Abdeckung 22 ist umgeben und wird erfaßt von einem ringförmigen Elastomer-Isolator oder einem Dichtungsteil 24, das durch den Druckring 18 nach oben und durch eine umgebogene Kante

25 nach unten gedrückt wird, die an dem nach innen umgebogenen Umfang des offenen Endes 14 des Gehäuses 10 ausgebildet ist. Dieser Aufbau dichtet normalerweise einen Hohlraum 26 in dem Gehäuse 10 ab, in welchem das elektrochemische System der Batterie untergebracht ist.

Eine Ansicht von unten auf den Zwischendeckel 20 ist in Fig. 4 gezeigt. Der Zwischendeckel hat eine zentral angeordnete Öffnung 28, die mit einer Sicke 30 in der Abdeckung 22 fluchtet, die durch Kaltschweißen geschlossen worden ist. Die Abdeckung 22 ist fest an den Deckel 20 durch zwei diametral gegenüberliegende Punktschweißungen 22 befestigt. Während der Deckel 20 steif und stabil ist, ist die Abdeckung 22 mehr biegsam. Irgendein innerer Druck in der Kammer 26 wirkt gegen die untere Fläche 23 der Abdeckung 22, weil die Fläche 23 in Verbindung mit der Kammer

26 steht, und zwar über den durch die Öffnung 28 gebildeten Durchgang. Wenn dieser Innendruck eine vorgegebene Grenze übersteigt, wird die biegsame Abdeckung 22 derart verformt, daß sie vom umgebogenen oberen Rand 25 des Gehäuses nahe dem Punkt A an seinem Umfang und am weitesten entfernt von den Schweißungen 32 abgezogen wird. Anderer-

255745b - sr-

seits kann sich die Abdeckung auch verformen und in der Nähe der Schweißung reißen. Somit erlaubt die Verformung es, daß der Inhalt austritt und der Druck abgebaut wird, während die Abdeckung 22 sicher und fest an dem Deckel 22 befestigt bleibt, wodurch die Gefahr beseitigt wird, daß irgendwelche Teile abgeschleudert werden, was sonst bei einem Ausgleich des Innendruckes geschehen könnte.

Die Ausbildung des Deckels 20 ist in Fig. 2 beispielsweise dargestellt. Die Druckbegrenzung, bei der die Batterie entlüftet wird, kann durch geeignete Positionierung der Schweißungen 32 gewählt werden. Wenn die Batterie bei einem relativ hohen Druck entlüften soll, werden die Schweißungen 32 relativ nahe beim Zentrum der Batterie angeordnet, wogegen sie, wenn die Batterie bei einem relativ niedrigen Druck entlüften soll, weiter weg in Richtung auf den Umfang des Deckels 20 angeordnet werden. Es gibt jedoch außerdem noch zahlreiche andere zweckmäßige Möglichkeiten. In Fig. 5 ist ein Beispiel einer solchen Möglichkeit gezeigt,das drei Punktschweißungen 34,36 und aufweist, von denen zwei (34,36) sich diametral gegenüberliegen, während die dritte (38) um 90° zu jeder der beiden ersten versetzt ist. Diametral gegenüber der dritten Schweißung 38 liegt ein Punkt B am Umfang des Deckels 20, der den größten Abstand von den Punktschweißungen 34 hat. In der Nähe dieses Punktes B wird sich nach aller Wahrscheinlichkeit der Innendruck durch Verformung der Abdeckung 22 einen Ausweg suchen und schaffen, wenn die vorgegebene obere Druckgrenze überschritten wird_o

Die Sicke 30 in der Abdeckung 22 rührt von einer nach oben stehenden Öse her, durch die die Elektrolyt-Lösung der Batterie eingespritzt wird. Nachdem die Batterie gefüllt

709826/04

__f/,_ 255745b

•J-

istp wird diese Öse abgeklemmt, wobei ein Stutzen 40 verbleibt, der durch Kaltschweißen geschlossen wird. Um sicherzugehen, daß in der Sicke 30 keine Lecks entstehen, wird ein Überzug 42 aus Epoxyharz aufgebracht.

Ein Verbindungsteil aus Aluminium, wie in Fig. 3 gezeigt, ist an der Außenfläche der Abdeckung 22 angebracht. In der bevorzugten Ausführungsform hat das Verbindungsteil 50 einen nach außen vorragenden Teil 52, der eine nach oben stehende zylindrische Seitenwand 54 aufweist.

Das Verbindungsglied 50 hat ferner drei radial verlaufende Arme 56 und eine kreisförmige Platte 59» die über die Außenfläche der Abdeckung 22 hochsteht und durch welche die Arme 56 mit dem nach außen ragenden Teil 52 verbunden sind. Jeder der Arme 56 ist mit der Abdeckung 22 punktverschweißt. Da die Abdeckung 22 und das Verbindungsteil 50 beide aus Aluminium bestehen, wird eine einwandfreie Schweißung erreicht, deren Qualität bestehen bleibt. Der Abstand zwischen den Schweißungen 58 und der Sicke 30 und der Bereich zwischen der Abdeckung 22 und der etwas erhöhten Platte 59 gewährleistet, daß das Epoxyharz 42 nicht mit den Schweißungen 58 in Kontakt kommt.

Eine zylindrische Stahlkappe 60, die an einem Ende geschlossen ist, ist kraftschlüssig über den vorstehenden Teil 52 des Verbindungsteils 50 gedrückt, so daß sie in Eingriff mit deren nach oben stehenden Seitenwänden ist. Es kann eine Verbindung mit Gewinde oder mit Schnappwirkung verwendet werden_o Außerdem kann auch eine Schweißung verwendet werden. Obwohl es schwierig ist, hier eine gute Schweißung zu schaffen, weil es sich um unterschiedliche Metalle handelt, kann diese Schweißung ergänzt und einfacher gemacht werden durch die wechselweise ineinander

709826/0491

2 b 5 7 4 b b

- r-

greifenden Teile 50 und 60. Die Kappe 60 dient als elektrischer Batterieanschluß.

Eine Kunststoffscheibe 62 ist über dem Verbindungsteil 50 angeordnet, wobei der nach außen vorspringede Teil 52 durch eine zentrale Öffnung in der Scheibe nach außen übersteht. Danach wird das Gehäuse 10 mit einem äußeren Überzug 64 aus Kunststoff versehen, der ein nach innen ragendes Endstück hat, das die Scheibe 62 an ihrem Außenumfang hält. Die Scheibe 62 und der Überzug 64 sollen sowohl schützen wie auch ein gefälliges Aussehen schaffen» In Fig. 2 sind die Scheibe 62 und der Überzug 64 weggelassen.

7098 26/OA 9 1

Leerseite

Claims

-JEf-

Patentansprüche

(λ * Batterie mit einem Gehäuse, das einen Hohlraum mit einem offenen Ende bildet, in welchem ein elektrochemisches System mit hohem Dampfdruck untergebracht ist, gekennzeichnet durch einen Zwischendeckel über dem offenen Ende, einem Aluminiumdeckel, der ebenfalls über dem offenen Ende angeordnet und mit dem Zwischendeckel durch Punktschweißen verbunden ist, eine nach außen vorstehende, keltgeschweißte Sicke an dem Deckel, ein die Sicke überziehendes Epoxyharz, ein Verbindungsglied aus Aluminium, das an den Deckel an einer Vielzahl von im Abstand von der Sicke angeordneten Stellen angeschweißt ist und einen nach oben stehenden Abschnitt aufweist, der die Sicke überdeckt und der ferner eine oder mehrere nach oben gerichtete Seitenwände aufweist, eine Kappe, die auf den nach oben stehenden Teil aufgesetzt ist und in Kontakt mit den Seitenwänden steht, um einen elektrischen Anschluß zu bilden, ferner dadurch, daß der Deckel am Umfang an einer Stelle verformt wird, die den größten Abstand von der Punktschweißung hat, um den Druck abzubauen, wenn eine vorgegebene obere Druckgrenze erreicht ist, oder daß alternativ der Deckel am Umfang verformt und die Punktschweißung aufgerissen wird.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe wenigstens teilweise aus Stahl besteht.
3. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil aus Aluminium

709826/0491

2 5 5 7 4 5 B

eine Mehrzahl von radial verlaufenden Armen aufweist, von denen jeder mit dem Deckel verschweißt ist.
4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil aus Aluminium eine Vielzahl von radial verlaufenden Armen aufweist, mittels denen es mit dem Deckel verschweißt ist, und daß es eine Platte besitzt, die oberhalb der Außenfläche des Deckels liegt und die die Arme mit dem nach oben stehenden Abschnitt verbindet.
5. Batterie nach Anspruch 1 mit einem zylindrischen Gehäuse, das an einem Ende geschlossen und am anderen Ende offen ist und eine Kammer bildet, in der ein elektrochemisches System mit hohem Dampfdruck zur Erzeugung eines Stromes untergebracht ist, gekennzeichnet durch eine Rippe am Innenumfang des Gehäuses, die aus einem eingezogenen Teil des Gehäuses im Abstand vom offenen Ende des Gehäuses gebildet ist, einen stabilen Druckring, der auf der Rippe aufsitzt, ein Isolierteil, das zwischen dem Gehäuse und einer Fläche des Druckringes angeordnet ist, sinen nach innen gegen das Isolierteil umgebogenen Teil des Batteriegehäuses, eine scheibenförmige stabile Zwischenwand, die über dem offenen Ende des Gehäuses angeordnet und an ihrem Umfang in Eingriff mit dem Isolierteil ist, einen biegsamen Metalldeckel, dessen untere Fläche auf dem Zwischendeckel aufliegt und der eine nach außen vorstehende Sicke hat, die durch Kaltschweißung geschlossen ist, ein die Sicke überziehendes Epoxyharz, wenigstens eine Punkts chweißung, die die Abdeckung mit dem Zwischendeckel verbindet, wenigstens einer in dem Zwischendeckel ausgebildeten Öffnung, wodurch die untere Fläche der Abdeckung in Verbindung mit der Kammer steht und

709826/0491

2 5 5 7 4 b b

ein in dem elektrochemischen System entstehender Innendruck auf die Unterfläche der Abdeckung wirkt, wodurch diese am Umfang an einem Punkt verformt wird, der den größten Abstand von der Punktschweißung hat, um den Innendruck abzubauen, wenn dieser eine vorgegebene obere Grenze erreicht h^t, wobei alternativ die Abdeckung am Umfang verformbar und die Punktschweißung aufreißbar ist, ferner durch ein Verbindungsteil aus Aluminium, das mit der Abdeckung kaltverschweißt ist und einen nach oben stehenden Teil aufweist, der die Sicke überdeckt und eine oder mehrere aufwärts gerichtete Seitenwände besitzt, ferner durch eine Keppe aus einem Material, das verschieden von demjenigen des Verbindungsteiles ist, das über den nach oben stehenden Teil geschoben^sund mit dessen Seitenwänden in Kontakt steht, um einen elektrischen Anschluß zu bilden.
6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe aus Stahl besteht.

709876/04^1