DE2834599C3

DE2834599C3 - Elektrische Batterie

Info

Publication number: DE2834599C3
Application number: DE2834599A
Authority: DE
Inventors: Ching Chau Shatin Hongkong Poon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-08-07
Publication date: 1981-11-19
Also published as: ES472490A1; DE2834599A1; FR2400264A1; IN150733B; FR2400264B1; BR7805149A; GB1602610A; DE2834599B2; US4190702A; JPS54119634A; CA1110326A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie mit mehreren zylindrischen unverschlossenen Trockenzellen, die in einem gemeinsamen, dicht verschlossenen Behälter angeordnet sind.

Eine Leclanche-Trockenbatteriezelle üblicher Art enthält eine negative Zinkelektrode, einen Elektrolyten, einen Depolarisierungskörper und eine positive Kohleelektrode. Die Zelle ist abgedichtet, um den Austritt überschüssiger Elektrolylmenge, von Flüssigkeit u. ä. zu verhindern.

Um höhere Spannungen und/oder Ströme als mit einer einzigen Zelle möglich zu erzeugen, werden üblicherweise mehrere Zellen in Reihe und/oder parallelgeschaltet und oft in einem einzigen Gehäuse angeordnet. Damit ist der Nachteil verbunden, daß jede Zelle zunächst individuell dicht verschlossen werden muß und dann ein weiterer Verschluß für die Gesamtbatterie vorzusehen ist. Damit sind beachtliche Herstellungskosten und Materialaufwand verbunden, und die Dichtungs und (ichauselcile können kostbaren Kaum beanspruchen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist eine Batterie nach der Erfindung derart ausgebildet, daß der Behälter zumindest zwei starre Kunststoffteile umfaßt, welrhe m mindestens einer zu ilen I .iimsadiscn der I roekenzrllen parallelen Ebene miteinander verbunden sind und daß die Trockenzellen von Elektroden umschlossen sind, die die Form von Zylindern mit offenen Enden aufweisen.

Die Zellen können Einzelzellen oder Mehrfach-Trokkenztllen des Leclanche-Typs sein, die eine positive Kohleelektrode, einen Depolarisator, einen Elektrolyten und eine negative Zinkelektrode umfassen. Die negative Zinkelektrode erfüllt keine Dichtungsfunktion und kann deshalb die Form eines offenen Zylinders 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 Weise auch auf andere Einzel-Trockenzellen oder Mehrfach-Trockenzellen 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 werden. Vorzugsweise wird hierzu Ultraschallschweißung angewendet, obwohl auch andere Verfahren, beispielsweise Hochfrequenzschweißung 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 negativen Zinkelektrode nicht größer als ein vorbestimmter Wert. Zur Erhöhung der Kapazität werden vorzugsweise zwei oder mehr Zellen parallelgeschaltet, wodurch die Zellengröße ansteigt). Sind die Zellen in Reihe geschaltet, so muß eine Abdichtung zwischen jeweils zwei Zellen vorgesehen sein, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Dies wird vorteilhaft durch Teilungswände zwischen den Zellen erreicht, die einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sind.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den Zellen

to sind vorzugsweise in dem Behälter angeordnet. Vorteilhaft können Teile des Behälters mit Schlitzen versehen sein, in denen elektrisch leitfähige Verbindungsstreifen angeordnet werden, bevor der Behälter zusammengebaut wird, so daß die Streifen beim

¹Ji Zusammenbau mindestens teilweise durch die Wand des Behälters eingeschlossen werden und somit gegen schädliche Einflüsse beispielsweise durch den Elektrolyten geschützt sind. Vorteilhaft sind die Stirnflächen der beiden miteinander zu verbindenden Behälterteile mit

W) zueinander komplementären Schlitzen versehen, die gemeinsam einen Kanal bilden, wenn die Teile miteinander verbunden werden. Die elektrischen Verbindungen /wischen den /eilen und den Außenanschlüssen können in ahnlidier Weise hergestellt weiden.

>" ' 'erbindungen, die thiroh die Behälterwand nach außen .. ι lauten, werden vorzugsweise mit einem geeigneten I )n.'htungsiiialeriiil abgedii htet

Ist eine Kompression des /elleiiinhalls erfordei Ik Ii.

wie es bei einer Leclanche-Trockenzelle der Fall ist, bei 1er die Kompression des Depolarisierungskörpers günstig zur Erzielung eines kleinen Innenwiderstandes ist, so kann dies vorteilhaft durch Verwendung einer negativen Zinkelektrode in Form eines Zinkzylinders mit offenen Enden (wie vorstehend genannt) verwirklicht werden. Der Zylinder hat dann einen Längsschlitz, so daß er in radialer Richtung zusammengedrückt werden kann. Die zusammengebaute und unverschlossene Zelle kann dann so ausgebildet sein, daß ihre Außenabmessungen etwas größer als die entsprechenden Innenabmessungen des Behälters sind, so daß die Zelle und damit der Depolarisierungskörper zusammengedrückt wird, wenn die Teile des Behälters bei ihrer gegenseitigen Verbindung zusammengefügt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer Batterie nach der Erfindung vor dem endgültigen Zusammenfügen der Behälterteile,

Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung für unterschiedliche Zellenanordnungen,

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 Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Batterie 100 dargestellt, die zwei Leclanche-Trockenzellen 110 und 120 enthält, die in Reihe geschaltet sind. Jede Zelle UO und 120 umfaßt eine negative Zinkelektrode 111, 121, eine mit Elektrolytpaste imprägnierte Papierlage 112,122. einen Depolarisierungskörper 113, 123 und eine positive Kohleelektrode 114, 124 üblicher Konstruktion. Die negativen Elektroden 111, 121 haben jeweils die Form eines Zylinders mit offenen Enden 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 133 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, wo 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 Teiluiigswand H5 voigcsenen sind. Ahnlieh ist der Verbindungsstellen 125 der /eile 120 in Schlitzen 143 in den einander gegenüberstehenden Flächen der Seitenwand des Gehäuses angeordnet, wo er mit einem weiteren Streifen 144 in Kontakt steht, der gleichfalls in Schlitzen 543 angeordnet ist Der Streifen 144 verläuft bis zum Ende des 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.

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

Bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung einer Batterie 200 sind drei Trockenzellen 210, 220, 230 vorgesehen, die ähnlich den in F i g. 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 F i g. 1 hat das Gehäuse Vorsprünge 248, um einen Raum unterhalb der Einzelzellen zu schaffen.

In F i g. 3 ist eine ähnliche Anordnung wie in F i g. 2 dargestellt Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Zellen 310,320,330 miteinander in Reihe geschaltet. Das Gehäuse mit zwei Hälften 340, 341 (F i g. 4) hat Teilungswände 342, 343 zwischen den Zellen. Die negativen Elektroden 311, 321 der Zellen 310, 320 sind mit Vorsprüngen 312, 322 versehen, die durch Schlitze 344, 345 des Gehäuses in der in Verbindung mit Fi g. i bereits beschriebenen Weise 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 F i g. 5 ist eine Batterie mit zwei Alkali-Trockenzellen 510, 520 dargestellt, die jeweils eine positive Elektrode 511, 521, einen Depolarisator 512, 522, einen Elektrolyten 513, 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

hi) einem Außengehäuse angeordnet, das zwei Hälften umfaßt, von denen nur die Hälfte 530 gezeigt ist. Das Gehäuse ist entsprechend dem in Fig. I gezeigten Gehäuse ausgebildet mit dem Unterschied, dall Drucktentile 540, 550 vorgesehen sind, die im folgenden

hi beschrieben werden.

Das Druckventil 540 umfaßt eine Schraube 541. die in einer Gewindebohrung 542 des Gehäuses angeordnet ist. Die Schraube hat eine I annximl 543 .ml einem I eil

ihrer Länge, während zwischen dem Gehäuse und dem Schraubenkopf eine Kunststoffscheibe 544 und eine Gummischeibe 545 angeordnet sind. Die Gummischeibe 545 wird zusammengedrückt und drückt die Kunststoffscheibe an das Gehäuse, wodurch der Austritt von Gas aus dem Innerei des Gehäuses verhindert ist. Wenn jedoch der Dt iick 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 621,623,624 besteht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Batterie mit mehreren zylindrischen, achsparallel liegenden Trockenzellen, die in einem gemeinsamen, aus mindestens zwei starren Kunststoffteilen gebildeten, dicht verschlossenen Behälter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenzellen (110, 120; 210, 220, 230; 310, 320, 330; 510, 520; 610) von Elektroden (111, 121; 231; 311,321,331; 511,521) umschlossen sind, die die Form von Zylindern mit offenen Enden aufweisen, und daß die Kunststoffteile (130; 240; 340, 341; 530: 621,623,624) in mindestens einer zu den Achsen der Trockenzellen parallelen Ebene miteinander verbunden sind.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Kunststoffteile (130; 240; 340,341; 530; 621, 623, 624) durch Ultraschallschweißung miteinander verbunden sind.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffteile (130; 340, 341) einstückig angeformte Teilungswände (135; 342,343) zwischen den Trockenzellen (110,120; 310, 320,330) aufweisen.

4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffteile (130; 240; 340,341) Schlitze (142,143; 246; 344,345) aufweisen, durch die elektrisch leitfähige Streifen (115,125; 144,232,247; 312, 322) zur Verbindung der Trockenzellen (110, 120; 210, 220, 230; 310, 320, 330) innerhalb des Behälters und/oder mit Anschlußelementen geführt sind.

5. Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (142,143,246; 344,345) die Streifen (115, 125, 144; 232, 247; 312, 322) einschließen.

6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Schlitz (142; 344,345) in einer Teilungswand (135; 342,343) befindet.