DE2839282A1

DE2839282A1 - Batteriebehaelter

Info

Publication number: DE2839282A1
Application number: DE19782839282
Authority: DE
Inventors: Ronald O Hammel
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1978-09-09
Publication date: 1979-10-25
Also published as: CA1117638A; US4123598A; JPS54164226A; DE2839282B2; DE2839282C3

Description

Batteriebehälter

Die Erfindung betrifft einen Batteriebehälter zur Aufnahme und gegenseitigen Verbindung mehrerer einzelner elektrochemischer Zellen in Reihen.

Es ist bekannt, elektrochemische Zellen,zu denen auch -* wiederaufladbare Zellen gehören, in verschiedenen Arten von Behältern unterzubringen (US-PS 3 220 888,US-PS 3 650 841 und US-PS 3 977 907). Bei verschiedenen Anwendungen, wie tragbaren Fernsehgeräten, Radios, Kassettenrekordern und Spielzeugen erfolgt die Versorgung durch "Ό eine Batterie aus neun nicht-wiederaufladbaren Zellen der Größe "D",die in Reihe geschaltet und in Zellenpakkungen zu drei mal drei untergebracht sind. Dabei werden jeweils.drei voneinander getrennte Kunststoffrohre benutzt, von denen jede drei Zellen aufnimmt. Die Enden der Rohre sind zur Durchführung der Anschlüsse offen. Die Spannung dieser nicht-wiederaufladbaren Batterie beträgt unter Last normalerweise zwischen 11 und 13 Volt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte, als Ganzes auswechselbare Batteriepackung aus wiederaufladbaren oder nicht-wiederaufladbaren Zellen zu schaffen, bei der alle Zellen in einem einzigen Behälter untergebracht sind, der so ausgebildet ist, daß die Relativbewegungen und Vibrationen der Zellen auf ein Minimum reduziert werden und der als Einheit leicht in das von der Batterie zu versorgende Gerät eingesetzt oder aus diesem entfernt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwei zusammenpassende Schalen vorgesehen sind, von denen mindestens eine eine Außenfläche hat, die aus mehreren parallellaufenden in engem Abstand angeordneten

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langgestreckten Bögen besteht, die an ihren benachbarten Basisflächen miteinander verbunden sind, daß die Bögen der Schalen durch Stirnflächen oder durch von den Stirnflächen abstehende Ansätze überbrückt sind und daß in den Stirnflächen Ausnehmungen zur Aufnahme elektrisch leitender Anschlußteile vorgesehen sind.

In dem Batteriebehälter sind mehrere miteinander verbundene elektrochemische Zellen in Reihen in zwei zusammenpassenden Schalen nebeneinander angeordnet. Mindestens eine der Schalen weist parallele längslaufende Bögen auf, in denen die Batterien dicht nebeneinander unterzubringen sind und die mit benachbarten Basisteilen sowie mit Stirnflächen verbunden sind. Die querlaufenden Stirnflächen überbrücken die Bögen oder die an die Bögen anschließenden Ansätze. Der Behälter enthält ferner Mittel zur Befestigung elektrischer Anschlußelemente in Form von Schlitzen oder Nuten in den Stirnflächen der Schalen.

Die Erfindung schafft ferner eine Batteriepatrone, in der an den Enden der Bögen Anschlagflächen gebildet werden, durch die die Batterien räumlich festgelegt werden. In einer solchen Batteriepackung sind mehrere zylindrische elektrisch miteinander verbundene Zellen dicht ne- beneinander in Reihen innerhalb zylindrischer Kammern, die in den Schalen gebildet sind, angeordnet. In den Stirnseiten befinden sich elektrisch leitende Anschlußelemente zur Ableitung des von der Batterie gelieferten Stroms. Als Ersatz für die oben erwähnte neunzeilige Batterie wird eine aus sechs Zellen bestehende 12-Volt-Batteriepackung beschrieben.

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Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines leeren Batteriebehälters,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht einer Modifizierung des Behälters nach Figur 1, mit Lade-Anschlußleitungen für die Batterie, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Figur 1,

Fig. 3a einen Teilschnitt durch die Behälterwand nach Figur 3 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der unteren Hälfte des Behälters der Figur 1, mit eingesetzter 12-Volt-Batterie und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Batteriebehälters, teilweise geschnitten, aus der die Anordnung der elektrochemischen Zellen und der dazwischenliegenden Abständhalter ersichtlich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1, 3, 3a und 4 besteht die Behälterbaugruppe 10 generell aus zwei zusammenpassenden profilierten Schalen 12 und 14,von denen mindestens eine, und vorzugsweise beide, eine gewellte oder mit Rinnen versehene Hauptfläche aufweist, die von mehreren nebeneinanderliegenden längslaufenden Bögen 16a, 16b und 16c gebildet wird. Diese bogenförmigen Flächen liegen im wesentlichen parallel zueinander und sind durch angrenzende Basisteile 18, 20 miteinander verbunden. Vorzugsweise haben die Wände der Bögen gleichmäßige Materialstärken und Abmessungen, so daß innere Kanäle 22a, 22b und 22c gebildet werden,

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deren bogenförmige Konfigurationen einander entsprechen.

Die untere Schalenhälfte 14 besteht vorzugsweise ebenfalls aus miteinander verbundenen bogenförmigen Kanälen mit einander entsprechenden durchgehenden Innenflächen, so daß in Verbindung mit der oberen Schalenhälfte 12 drei benachbarte langgestreckte zylindrische Kammern 24, 26, 28 gebildet werden. Die zylindrischen Kammern sollten so bemessen sein, daß ihre Querschnittsfläche und ihre Länge etwas größer sind als die betreffenden Abmessungen der elektrochemischen Zellen 30, die darin untergebracht werden sollen, vorzugsweise so, daß im wesentlichen eine "Handschuhpassung" entsteht, bei der die Zellen sich so wenig wie möglich gegenüber den benachbarten Zellen und gegenüber dem Batteriebehälter 10 bewegen können.

Bei den in Figur 4 dargestellten drei Reihen aus je zwei in Serie geschalteten Zellen, bei denen abgedichtete wiederaufladbare Zwei-Volt-Bleibatterien der Größe D verwendet werden, hat der Batterieteil eine geringere Länge als die Gesamt-Patrone. Auf diese Weise werden Ansätze der bogenförmigen Flächen 16a bis 16c oder planare Ansätze 30,32 (Figur 1) an den jeweiligen Behälterenden gebildet. Derartige Ansätze müssen nicht an den Enden angeordnet sein, sondern sie können auch beispielsweise innerhalb einer einzelnen Reihe zwischen den Zellen gebildet werden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, hat die Patrone an den Bereichen der planaren Ansätze eine Dicke "t", die kleiner ist als der Durchmesser oder Querschnitt der Kammern 24 bis 28. Auf diese Weise entstehen mehrere stufenförmige Anschlagflächen

34. Diese stufenförmigen Anschlagflächen dienen zur Anlage der Zellen, die auf diese Weise einen festen Sitz erhalten. Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, sind die Anschlagflächen 34 lediglich entlang einer Sehnenfläche am oberen und unteren Rand der Zellen angeordnet,

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um Raum für zentrisch angeordnete Zwischenzellenverbinder 22 und Anschlußverbinder 54,56 zu schaffen, wie in Figur 4 dargestellt ist. Gemeinsam mit den Anschlagflächen und der paarweisen Einpassung der Zellen in die jeweiligen Durchgangsflächen der Schalenhälften sind die Schalen so konstruiert, daß die Zellen in einer bestimmten Reihe vorzugsweise mit ihren gegeneinander gerichteten Stirnseiten Kontakt haben, wie bei 38 angedeutet ist, und daß auch die Zellen in benachbarten Reihen seitlich (tangential) direkt aneinanderstoßen, wie bei 40 angedeutet ist. Durch diese Festlegung der Zellen entsteht eine integrale Patrone, die unempfindlich gegen Vibrationen ist und so dem vorzeitigen Ausfall einer oder mehrerer Zellen der Batterie vorbeugt.

Die Abstandhalter 30, 32 enden in abgebogenen Stirnflächen 42,44, die generell quer zu den Ansätzen 30,32 der Bögen 16a bis 16c verlaufen und diese Ansätze überbrücken. Die Stirnflächen 42 erstecken sich also über die gesamte Breite der Patrone. Sie erhöhen die Festigkeit einer jeden Schalenhälfte beträchtlich. Die Enden der Schalen sind wechselseitig zusätzlich mit abgesetzten Lippen 46,48 versehen, die jeweils gleitend an den Innenseiten der Stirnflächen 42a, 44a anliegen , um die eine Schalenhälfte in der anderen zu positionieren.

An entgegengesetzten Ecken des Behälters befinden sich an den beiden Stirnseiten ein positiver Anschlußkontakt 50 und ein negativer Anschlußkontakt 52 in Form von Anschlußknöpfen o.dgl. zur Herstellung der Verbindung mit einer externen Schaltung.. Vorzugsweise weist jeder der Anschlußknöpfe einen länglichen streifenförmigen Metalleiter 54, 56 auf, der hinreichend steif ist, um den nach innen gerichteten Längskräften, die

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auf die Kontaktknöpfe 50, 52 ausgeübt werden, standzuhalten, wobei die Stirnseiten der Batteriepatrone widerstandsfähig sind gegen Verformen und Eindrücken. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Wandstärke der gegossenen Schale dünn ist (wie dargestellt), wie dies bei vakuumgeformten Teilen der Fall ist.

Die Stirnflächen sind ferner mit geeigneten Schlitzen oder Ausnehmungen 58 und 60 versehen, die in jedem der Stirnsegmente 44 und 44a vorgesehen sind, wobei nur die Schlitze für den negativen Anschluß dargestellt sind. Die generell T-förmigen Anschlußstücke 54 , 56 können in die Schlitze eingesetzt werden, um anschließend die Schalen zusammenzusetzen.

In Figur 4 sind die Zellen in Reihenschaltung dargestellt, wobei Leiterstreifen 62 den negativen Kontaktschuh der einen Zelle mit dem positiven Kontaktschuh einer benachbarten Zelle verbinden usw. Die drei Zellen am einen Ende der Schale sind elektrisch mit den drei Zellen am anderen Ende der Schale über eine Anschlußleitung 64 verbunden. In dem Fall, daß die externe Last, an die die Batteriepatrone angeschlossen werden soll, kein eingebautes Ladegerät besitzt, können separate Ladeleitungen 66 durch eine Öffnung in der Patrone, vorzugsweise in den stirnseitigen Ansätzen, wie in Figur 2 dargestellt ist, hindurchgeführt werden.

Die Schalenhälften 12 und 14 können in der jeweils gewünschten Art miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Gelenke, durch Wärmeschweißung oder die benachbarten Flächen können durch Umwickeln mit einem Band miteinander verbunden werden. Die Hälften können auch

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mit geeigneten Vorsprüngen und Zähnen versehen sein, so daß sie durch eine Schnappverbindung aneinander befestigt werden. Die Schalenhälften bestehen vorzugsweise aus gegossenem oder gespritztem Kunststoff und sie können im Spritzgußverfahren oder im Vakuumformverfahren hergestellt werden. Das letztgenannte Verfahren ist insbesondere für Anwendungen der Batterie bei portablen Fernsehgeräten zweckmäßig, wo nur extrem wenig Platz zwischen der Batterie und der Batteriekammer zur Verfügung steht. Zu den Behältermaterialien, die sich als zweckmäßig erwiesen haben, gehören Polystyrol und Polycarbonat. Auch Folienmaterial mit elektrischer Isolierung kann benutzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 besteht der Behälter aus drei parallelen längslaufenden Bögen 70a, 70b und 70c, die an ihren Basisbereichen 72, 74 miteinander verbunden sind. Anstelle der integralen Anschläge 34 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 erstrecken sich die bogenförmigen Kanäle über die volle Länge der Patrone und enden jeweils in querlaufenden Stirnflächen Im Innern der zylindrischen Kammern befinden sich jeweils zwischen zwei Zellen 31 Abstandhalter 68, um die Zellen innerhalb der Batteriepackung festzulegen. Für die Konstruktion einer auswechselbaren Batteriepackung, bei der die Gesamtlänge größer ist als durch die Zellen vorgegeben, kann noch eine Reihe anderer Alternativen im Rahmen des Fachmännischen entwickelt werden.

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Leerseite

Claims

ANSPRÜCHE

1''. Batteriebehälter zur Aufnahme und gegenseitigen Verbindung mehrerer einzelner elektrochemischer Zellen in Reihen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusammenpassende Schalen (12,14) vorgesehen sind, von denen mindestens eine eine Außenfläche hat, die aus mehreren parallellaufenden in engem Abstand angeordneten langgestreckten Bögen (16a,16b und 16c) besteht, die an ihren benachbarten Basisflächen (18,20) miteinander verbunden sind, daß die Bögen (16a,16b,16c) der Schalen durch Stirnflächen (73) oder durch von den Stirnflächen abstehende Ansätze (30,32) überbrückt sind und daß in den Stirnflächen Ausnehmungen (58,60) zur Aufnahme elektrisch leitender Anschlußteile (50,52) vorgesehen sind.
2. Batteriebehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schalen (12,14) im wesentlichen gleiche Form haben und daß die längslaufenden Bögen (16a,16b,16c) einer jeden Schale im Innern des Behälters mehrere untereinander verbundene zylindrische Kammern für die Aufnahme zylindrischer Zellen bilden.

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ORlGiNAL IMSPECTED
3. Batteriebehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirnseiten (42,44) und den längslaufenden Bögen (16a,16b,16c) im wesentlichen flache Ansätze (30,32) angeordnet sind.
4. Batteriebehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Übergangsstellen zwischen den Enden der längslaufenden Bögen (16a,16b,16c) und den Ansätzen (3o,32) Anschlagflächen (34) gebildet sind.
5. Batteriebehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der längslaufenden Bögen (70a,70b,70c) sich über die gesamte Länge des Behälters von einer Stirnfläche (73) bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche erstreckt.
6. Batteriebehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß entgegengesetzte Stirnflächen (42,44) der oberen und der unteren Schale (12,14) mit abgesetzten Lippen (42a,44a) versehen sind, um die Schalen relativ zueinander festzulegen.
7. Batteriebehälter räch einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Kammern im Innern des Behälters miteinander verbunden sind, so daß die Zellen (31) seitlich gegeneinander stoßen.
8. Batteriebehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen mit aus dem Behälter herausgeführten Anschlußleitungen (66) zum Aufladen der Batterie verbunden sind.

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9. Batteriebehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Zellen (31) mit Kontaktelementen (54,56) verbunden sind, die zu Kontaktknöpfen (50,52) führen, welche an entgegengesetzten Ecken des Behälters angeordnet sind.
10. Batteriebehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenpolige Anschlüsse der Zellen (31) über Anschlußelemente (62) miteinander verbunden sind und daß die Anschlußelemente (54,56,62) aus im wesentlichen starren Metallstreifen bestehen.

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