DE2834599A1

DE2834599A1 - Elektrische batterie

Info

Publication number: DE2834599A1
Application number: DE19782834599
Authority: DE
Inventors: Ching Wa Pun
Original assignee: PUN
Current assignee: PUN
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-08-07
Publication date: 1979-02-22
Also published as: US4190702A; DE2834599B2; DE2834599C3; GB1602610A; ES472490A1; FR2400264A1; JPS54119634A; IN150733B; BR7805149A; FR2400264B1; CA1110326A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. WiHckmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

SBH 8000 MÜNCHEN 86, DEN · ^₁ flug.

POSTFACH 860820 ' '

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

CHING WA PUN und CHING CHAU POON

beide: On Shing Industrial Building, 9th Floor, Fo Tan, S.T.T.L. No. 7, Shatin, New Territories, Hong Kong

Elektrische Batterie

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-U-

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie mil mehrercn zylindrischen unverschlossenen Irockenzellen, die in einem gemeinsamen, dicht verschlossenen Behälter angeordnet sind.

Eine Eeolanche-Trockenbaiteriezelle üblicher Art entliäll (ine negative Zinkelektrode, einen Elektrolyten, einen Drpolarisierungnkcrper und eine positive Kohleelektrode.¹. Die Zelle ist abgedichtet, um den Austritt über? chüsr:iger Elektrolytnenge , von Flürnigkeit u.a. zu verhindern.

Um höherer Spannungen und/oder Ströme air: mit einer einzigen T(IIe- möglich zu erzcnren, werden üblicherweise ne hi e rc Zellen in Reihe und/oder parallel geschalt et und oil in (-inem einzigen Gehäuse angeordnet. Damit ist der liachUil verbunde-n, daß ,ic de Zelle zunächst individuell dicht ve ιrchlossen werde η nuß und dann ein weiterer VerrchluP iüi" die Gesarntbatl ( rie vorzusehen ist. Damit rind beachtliche Herf.te-llungcke.sten und I lateri al aufwand verbundcn, und die- Dichtung?;- und Gehäuseteile können kostbai'e^i itaum beanspi'ueheri.

Urn diese Iiachtrilc- zu vermeiden, ist eine Batterie nacli der Erfindung derart ausgebildet, daß der Behälter zumiride.rt z\/ei r:tarre Kunst r?t oi.fl erile umfaßt, welclie in riinde f-t (-nv- einer r.u derii Eärigscchsf-n der 'Ji'ockenze Ilen li ^f:lr-n Ebene niteincnder vc-rhinden iinl.

Die ; e-lle.-!. kennen Einzelzelle n oder Iiehi ί arh-lrockennclleii nc-:- Eec laiiohe-'Iyps sein, die- eine y-osiiive- Kohle.-elc-kt icdc-, ein'η De^spclai isat or, einen EIe ktrelyten und e.ine nt-r-'.!t ive- Zinke lekt rede u~niarsen. Die ι egaxive Zink

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elektrode erfülLt keine Dichtungsfunktion und kann deshalb die Form eines offenen Zylindern haben oder ist, falls erwünscht, mit einer derartigen Dicke ausgeführt, daß bei Abfall der Zellenspannung unter einen vorbestimmten Wert praktisch das gesamte Zink verbraucht ist. Die Erfindung ist jedoch in gleicher V/eise auch auf andere Einzel-Trocken'zellen oder Hehrfach-Trockenzelltn anwendbar.

Der Behälter für die Zellen kann aus einem der geeigneten Kunststoffe bestehen, wobei jedoch vorauszusetzen ist, daß er widerstandsfähig gegenüber den chemischen Einflüssen des Elektrolyten oder der Elektrolyseprodukte in der Zelle ist. Außerdem muß er die erforderliche Isolation gewährleisten. Geeignete Stoffe sind starres Nylon, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid und Copolymere dieser Stoffe.

Der Behälter besteht aus zwei oder mehr Teilen, die zum dichten Einschluß der Zellen miteinander verbunden v/erden. Vorzugsweise wird hierzu Ultraschallschweißung angewendet, obwohl auch andere Verfahren, beispielsweise HochfrequenzschweiiJung oder Klebeverfahren eingesetzt werden können.

Die Einzelzellen können in Längsrichtung nacheinander und/oder seitlich nebeneinander in dem Behälter angeordnet sein. Sie können in Reihe geschaltet sein, um höhere Spannungen als eine Einzelzelle zu liefern. Eine Parallelschaltung ergibt eine größere Kapazität und einen kleineren Innenwiderstand (bei einer Leclanche-Trockenzelle, die einen Depolarisator aus Mangandioxid enthält, ist im Sinne eines minimalen Innenwiderstandes vorzugsweise der Abstand "zwischen dem Kohlestab und der

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ii«.-f,uti /ν η .linkt lektrode nicht grJjJer -ils ein ^r->i-b-!r_iti:nmtf-r l'.Vrt. _ iir Lrhcjhtmg der Kapizitit v/jrden 7)r .:u/;;v/ei- nv zv/f-i. w lev·- mehr ZvILt.!! pir-tiLe-Lreschalte t, ν > iur::h dir» Zu Llt'iif^r üßt' ansteigt). Sind die 2"eLlen in k-ühe r·=·- schaltet., :3 > muß eint) Abdichtung zwischen jewel Li; .'.we L Zellen vorr 'leben sein, um Kurzschlüsse zu ve?r:i-i i.lon. DLüS v/iid >rteilhaft durch TeiluiigsvA^:indo zv/i.-.ohen den Zellun erreicht, lie cinstickiß mit dem Gehäuse ausgebildet sir rl.

Die eleKU'i . -.nr-n /erbirriurven zwischen den ZelL?n sind ν.,Γ^χψ.ινπ i .o in den D-aaiter .ingoordnet. Vorbeilhaft k nnen i-⁴tlc des Behälters r:.i t. Jciilitzen versehen sein, in denen t.-i \ί:ϊγiacli iHiti.ihi:'=-¹ Verbinaur.^/.s tre i fen angeordrit't. u i'len, be^or ier ύν'αΟ Lt.-r : u.;animengs?biut wird, co daß die- .Str.-iien bc-im Zut-xa-nonbau r.iindes tf.ui.; teilweise lurch d i ·"; i/ml des BfhäLt-⁵r;.; e in ;ei;chloS3eti v/ei'den unfl :;onit g-teri oihädLi'-h .· r.infldsse beispi-.ⁱL....-3ise duroh den hlektrolyt m ,;eschützt sind. VortelLnaft Jini die Stirnflächen d r beiden miteinander zu verbindenden Behälterteile mit- zuoinanier komplementär ui 3chliLzun verseilen, die gerneins.'iiü einen Kanal bilden, \.^renn di-j Teile mitein nidtr vernunden v/erden. Di-3 elektrischen Verbindungen j·."visehen den Zellen und den AußtnanschlüsJen können in ähnlicher V/eis.-ϊ hergestellt u³rd)n. Verbin lungen, die lurch dre BehiLterwind nach aubtn /erlauir-ii, vrrrden vorzugsweise mit einem geeigneten Dichtungsmaterial abgedichtet.

IiJt ein.¹ ivompre^sion des ^elleninhalts erforderlich, wie es r.ei eint r Leclanche-rruckenzelle der I-all ist, b'i der die Ko.iT I^-=¹JIiior. des Dvpolarisierungskorpors günstig ^ur nrzi-.-iung eix-es kleinen inrienwiders Landes ist, c;. kann dies vorteilhaft durch Verw„-nduni. einer nogat ivei. ünk-

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elektrode in Form eines Zinkzylinders mit oiienen Lnden (wie vorstehend genannt) verwirklicht v/erden. Der Zylinder hat dann einen Längs schlitz-;, so daß er in radialer Richtung zusammengedrückt v/erden kann. Die zusammengebaute und unverschlossene Zelle kann dann so ausgebildet sein, dai3 ihre* Außenabmessungen etwas größer als die entsprechenden Innenabmessurifen des Behälters

so
sind/ daß die Zelle und damit der Depolarisierungskörper zusammengedrückt wird, worin die Teile des Behälters bei ihrer gegenseitigen Verbindung zusammengefügt werden.

Außführungsbeispiele der Erlindung v/erden im folgenden anhand der Figuren beschrieben« Es zeigen:

Fig. 1 einem Längrschnitt einer Batterie nach der Erfindung vor dem endgültiger: Zusammenfügen der Behälterteile,

Fig; 2 und 3 weitere Ausiührungsbeispiele der -Erfindung für unterschiedliche Zellenanordriungem,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 gezeigte Batterie,

Fig. 5 einen Längsschnitt einer Batterie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 6 einen schematischen Querschnitt eines weiteren /msführungsbeispiels der Erfindung»

In Fig. 1 ist eine Batterie 100 dargestellt, die zwei Leelanche-Trockenzcllen 110 und 120 enthält, die in Reihe geschaltet sind. Jede Zelle 11C- und 120 umfaßt· eine negative Zinkelektrode 111, 121, eine mit Elektrolytpaste imprägnierte Papierlage 112, 122, einen Depolarieierungskörper 113, 123 und eine positive Kohleelektrode 114, üblicher Konstruktion. Die' negativen Elektroden 111 _s haben jeweils die F er κ einet I-'yiin'Jers nit offenen Enden

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und Längsschlitz (nicht dargestellt). Der Zinkzylinder 111 hat einen Verbindungsstreifen 115, der von seinem unteren Ende absteht, während der Zinkzylinder 121 einen ähnlichen Verbindungsstreifen 125 hat, der jedoch von seinem oberen Ende absteht.

Die beiden Zellen sind in einem zylindrischen Gehäuse aus Nylon angeordnet und im Spritzgußverfahren hergestellt. Sie umfassen zwei identische Hälften, von denen nur die Hälfte 130 in Fig. 1 gezeigt ist. Das Gehäuse hat Abschlußwände 131, 132 und zwei zylindrische Kammern 133, 134, die durch eine Teilungswand 135 voneinander getrennt sind. An seinem der Endwand 131 zugewandten Ende ist ein Gewinde 136 vorgesehen, mit dem es in ein elektrisches Gerät, beispielsweise in eine Blitzlampe eingeschraubt werden kann. Die Zelle 110 ist in der Kammer angeordnet. Das untere Ende ihres Kohlestabes 114 ist durch einen Vorsprung 137 an der Teilungswand 135 positioniert, während das obere Ende mit einem Metallanschluß 138 in der Abschlußwand 131 verbunden ist, der wiederum mit einer Anschlußkappe 139 verbunden ist. Die Zelle 120 ist in der zweiten Kammer 134 durch einen Vorsprung 140 an der Abschlußwand 132 gehalten, und ihr Kohlestab ist in einer Aussparung 141 der Teilungswand 135 angeordnet, v/o eine elektrische Verbindung mit dem Verbindungsstreifen 115 der Zelle 110 vorgesehen ist. Der Verbindungsstreifen ist in Schlitzen 142 angeordnet, die in den einander gegenüberstehenden Stirnflächen der beiden Hälften der Teilungswand 135 vorgesehen sind. Ähnlich ist der Verbindungsstreifen 125 der Zelle 120 in Schlitzen 143 in den einander gegenüberstehenden Flächen der Seitenwand des Gehäuses angeordnet, v/o er mit einem weiteren Streifen 144 in Kontakt steht, der gleichfalls in Schlitzen 143 angeordnet ist. Der Streifen 144 verläuft bis zum Ende des

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Gehäuses in eine Vertiefung am Ende des Gewindeteils 136, so daß dort der negative Batterieanschluß ausgebildet ist. Der Streifen 144 kann natürlich auch einstückig mit dem Streifen 125 ausgeführt sein.

In dem Gehäuse sind Räume 145 zur Aufnahme von im Gehäuseinneren erzeugter Flüssigkeit vorgesehen.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung einer Batterie 200 sind drei Trockenzellen 210, 220, 230 vorgesehen, die ähnlich den in Fig. 1 gezeigten Zellen ausgebildet sind. Sie sind nebeneinander in einem Kunststoffgehäuse angeordnet, von dessen beiden identischen Hälften nur die Hälfte 240 dargestellt ist. Die Zellen sind parallelgeschaltet. Die positiven Elektroden sind über eine Schiene 241 miteinander verbunden, die wiederum mit einem Anschlußelement 242 und einer Anschlußkappe 243 an der Oberseite des Behälters verbunden ist. Die negativen Elektroden stehen nebeneinander und somit in stromleitender Verbindung. Falls erforderlich, können sie jedoch auch über Klammern 244, 245 miteinander verbunden sein. Die negative Elektrode 231 der Zelle 230 hat einen Vorsprung 232 in entsprechend ausgebildeten Schlitzen 246 des Gehäuses, der mit einem Streifen 247 verbunden ist, welcher nach außen ragt und den negativen Anschluß der Batterie bildet. Wie bei der Anordnung nach Fig. 1 hat das Gehäuse Vorsprünge 248, um einen Raum unterhalb der Einzelzellen zu schaffen.

In Fig. 3 ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 2 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Zellen 310, 320, 330 miteinander in Reihe geschaltet. Das Gehäuse mit zwei Hälften 340,341 (Fig. 4) hat .Teilungswände 342, 343 zwischen den Zellen.Die negativen Elektroden 311, 321 der Zellen 310, 320 sind mit Vorsprüngen 312,

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versehen, die durch Schlitze 344, 345 des Gehäuses in der in Verbindung mit Fig. 1 bereits beschriebenen V/eise hindurchgeführt sind und die positiven Kohleelektroden 323, 333 der Zellen 320 und 330 kontaktieren. Die mittlere Zelle 320 ist gegenüber den beiden anderen Zellen umgekehrt angeordnet, um die erforderliche Länge der Vorsprünge 312, 322 zu verringern. Die positive Elektrode 313 der Zelle 310 und die negative Elektrode 331 der Zelle 330 sind mit Verbindungsstreifen 346, 347 versehen, die durch das Gehäuse verlaufen und den positiven und negativen Anschluß der Batterie bilden.

In Fig. 5 ist eine Batterie mit zwei Alkali-Trockenzellen

510, 520 dargestellt, die jeweils eine positive Elektrode

511, 521, einen Depolarisator 512, 522, einen Elektrolyten 513f 523 und eine negative Elektrode 514, 524 umfassen. Jede positive Elektrode hat die Form eines Rohrs mit offenem Ende und einem Längsschlitz 515, 525. Die beiden Zellen sind in Längsrichtung hintereinander angeordnet und mit einem leitfähigen Streifen 531 in Reihe geschaltet. Die Zellen sind in einem Außengehäuse angeordnet, das zwei Hälften umfaßt, von denen nur die Hälfte 530 gezeigt ist. Das Gehäuse ist entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Gehäuse ausgebildet mit dem Unterschied, daß Druckventile 540, 550 vorgesehen sind, die im folgenden beschrieben werden.

Das Druckventil 540 umfaßt eine Schraube 541, die in einer Gewindebohrung 542 des Gehäuses angeordnet ist. Die Schraube hat eine Längsnut 543 auf einem Teil ihrer Länge, während zwischen dem Gehäuse und dem Schraubenkopf eine Kunststoffscheibe 544 und eine Gummischeibe 545 angeordnet sind. Die Gummi-scheibe 545 wird zusammengedrückt und drückt die Kunststoffscheibe an das Gehäuse, wodurch der

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Austritt von Gas aus dem Inneren des Gehäuses verhindert ist. Wenn jedoch der Druck innerhalb des Gehäuses einen vorbestimmten Wert überschreitet, so wird die Kunststoffscheibe gegen die Druckkraft der Gummischeibe nach außen gedrückt, so daß das Gas austreten kann und der Innendruck verringert wird. Das andere Druckventil 550 ist gleichartig wie das vorstehend beschriebene ausgebildet.

Die Verbindungen mit einem positiven Anschluß 532 und einem negativen Anschluß 533 sind über einen leitfähigen Streifen 534 und leitfähige Streifen 535 und 536 hergestellt, die in Schlitzen des Gehäuses angeordnet sind, wie sie bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurden.

Fig. 6 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem sechs Zellen 610 vorgesehen sind, die jede gewünschte Zellenart verkörpern können. Sie sind in einem Gehäuse 620 angeordnet, das aus drei Teilen 621, 622, 623 besteht.

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Claims

-y- Patentansprüche

1. Elektrische Batterie mit mehreren zylindrischen unverschlossenen Trockenzellen, die in einem gemeinsamen, dicht verschlossenen Behälter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zumindest zwei starre Kunststoffteile (130) umfaßt, welche in mindestens einer zu den Längsachsen der Trockenzellen (110, 120) parallelen Ebene miteinander verbunden sind.

2. Batterienach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterteile (130) durch ültraschallschweißung miteinander verbunden sind.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einstückig angeformte Teilungswände (135) zwischen den Trockenzellen (110, 120) aufweist.

4. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenzellen (110, 120) innerhalb des Behälters elektrisch miteinander verbunden sind.

5. Batterienach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter Schlitze (142, 143) aufweist, durch die elektrisch leitfähige Streifen (115, 125, 144) zur

Verbindung der Trockenzellen (110, 120) innerhalb des Behälters und/oder mit Anschlußelementen (136, 139) geführt sind.

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6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (142, 143) die Streifen (115, 125, 144) einschließen.

7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Stirnflächen der miteinander zu verbindenden Behälterteile (130) mit einem Schlitz (142) versehen sind und daß diese Schlitze (142) gemeinsam einen oder mehr Kanäle für die Streifen (115) bilden.

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