DE2950435A1

DE2950435A1 - Elektrischer akkumulator

Info

Publication number: DE2950435A1
Application number: DE19792950435
Authority: DE
Inventors: John Leonard Woodhouse
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1978-12-16
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1980-07-03
Also published as: BR7908220A; AU5372179A; FR2444342A1; GB2040111A; JPS5595267A; US4560629A; GB2040111B; IT7928039A0; NZ192410A; ZA796702B; FR2444342B1; AU527011B2; IT1127705B

Description

HOFFMANN · ΕΙΤΙ.Κ & PARTNlCIt

PATENTANWÄLTE 2 9 0 U H 3 DI. INC. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPl.-l NG. W. £ ITlF. · D «. R E R. N AT. K. HOF FMAN N ■ 0 I Pl.- ING. W. IEH N

DIPL.-ING. K.FOCHSIE · DR. RER. NAT. B. HANSEN AIAtELlASTRASSE 4 (STERNHAUS) ■ D-8000 MO NCHEN 81 ■ TELEFON (089) 911087 ■ TE IE X 05-29419 (PATH E)

- 4 - 32 852

Lucas Industries Inc., Birmingham / Großbritannien

Elektrischer Akkumulator

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Akkumulator, insbesondere für die Energieversorgung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen.

Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird normalerweise eine zu einer Packung zusammengefaßte Serie von Akkumulatoren verwendet, die elektrisch miteinander verbunden sind, um die erforderliche Antriebsenergie für das Fahrzeug vorzusehen. Die Verwendung von Akkumulatoren für diesen Zweck kann jedoch zu einer ernsthaften Gesundheitsschädiqunq führen, da sich an der Aussenseite des Gehäuses und des Anschlusses einer elektrischen Batterie häufig ein Elektrolytfilm absetzen kann, sogar wenn aufgrund einer visuellen Inspektion der Akkumulator sauber

030027/0737

zu eein scheint. Obwohl jeglicher Elektrolytfilm durch chemische Behandlung entfernt werden kann, neigt dieser Film unter normalen Bedingungen dazu, nach kurzer Zeit erneut zu entstehen. Als Ergebnis dieser Elektrolytfilme können gefährliche Erd- oder Masse-Leckscröme von einem Ampere oder mehr über die Aussenseite des elektrischen Akkumulators strömen. Bei einer ganzen Packung von Batterien für den Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges könnte eine Wartungsperson einen Schock von einigen wenigen Volt bis zu 200 Volt erfahren, wenn das Gehäuse nur einer Eatterie berührt wird. Wenn darüberhinaus die Anschlüsse bloßliegen, können elektrische Funken erzeugt werden und explosivartig den Wasserstoff entzünden, welcher 3ich im Akkumulatorraum des elektrischen Fahrzeuges während des Ladens der Batterien ansammelt.

Um die vorgenannten Probleme zu bewältigen, ist es bekannt, ein elektrisch isolierendes Material zu verwenden, welches sicherstellt, daß die Anschlüsse der Batterie und die an die Anschlüsse angeschlossenen Verbindungselemente zum elektrischen Verbinden benachbarter Batterien vollständig gegenüber der Umgebung abgedichtet sind. Das isolierende Material wird entweder als ein einkapselndes Material oder in Form einer mechanisch abgedichteten Anschlußabdeckung aufgebracht. Jede dieser Alternativlösungen leidet unter dem Nachteil, daß bei der Untersuchung der einzelnen Batterien im Falle eines Fehlers in der Packung der Batterien das isolierende Material beseitigt und/oder zerstört werden muß, bevor eine bestimmte Batterie untersucht werden kann. Dadurch setzt sich die Wartungsperson der Gefahr von Hochspannungsschocks aus, was durch das isolierende Material an sich vermieden werden soll. Außerdem muß das isolierende Material an jeder untersuchten Batterie erneut aufgebracht

- 6 030027/0737

werden, und zwar auch dann, wenn die untersuchte Batterie als in Ordnung befunden wurde.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein»e verbesserte Anordnung für eine Einkapselung des Anschlusses und der Anschlußverbindungen des elektrischen Akkumulators zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus den Patentansprüchen ergebenden Merkmale gelöst. Diese Lösung wird durch die Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Teile schafft das einkapselnde Material nicht nur die erforderliche elektrische Isolierung des Anschlusses und des leitenden Teil3 der Verbindungsvorrichtung. Die selbstdichtenden Eigenschaften des einkapselnden Materials ermöglicht das Einsetzen einer nadelförmigen elektrischen Prüfsonde durch das einkapselnde Material, um beispielsweise die Batteriespannung zu messen, ohne im wesentlichen die isolierenden Eigenschaften des einkapselnden Materials zu beeinträchtigen, wenn die Sonde wieder herausgezogen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Aucführungsbeispiels. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt eines Teils einer Blei-Säure-Batterie und einen Anschluß entsprechend eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

030027/0737

Entsprechend der Darstellung in der Zeichnung umfaßt die Batterie bzw· der Akkumulator ein Gehäuse 11, welches auf geeignete Weise aus einem thermoplastischen Materiad, wie beispielsweise Polypropylen, geformt ist. Das Gehäuse ist mittels eines Deckels 12 geschlossen, welcher ebenfalls auf geeignete Weise aus Polypropylen oder einem anderen thermoplastischen Material geformt ist. Aus einer öffnung 13 des Deckels 12 steht ein Anschluß 14 aus Blei oder Bleilegierung vor, welcher kegelstumpfförmig ausgebildet ist und an seinem unteren Ende von einer nach oben vorstehenden Ringwand 15 umgeben ist, die mit dem Deckel integriert ausgebildet ist. Auf dem Anschluß 14 befindet sich eine Vorrichtung 16 zum Verbinden des Anschlusses mit einem äußeren elektrischen Teil, wie beispielsweise einer benachbarten Batterie in einer ganzen Packung von Batterien zum Antreiben eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges. Die Batterie umfaßt einen weiteren, nicht dargestellten Anschluß, welcher ebenso ausgebildet ist, wie der Anschluß 14· Der Einfachheit halber ist jedoch nur der Anschluß mit seinen zugeordneten Teilen dargestellt, die nachfolgend noch im einzelnen beschrieben werden. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich somit ebenso auf den anderen Anschluß·

Die Verbindungsvorrichtung 16 umfaßt einen Bund 17 aus Blei oder Bleilegierung, welcher mechanisch, vorzugsweise durch Schrumpfen um ein Ende eines mehradrigen,flexiblen elektrischen Kabels 18 deformiert ist. Dieses Kabel 18 ist außerhalb des Bundes 17 von einer Isolierhülle 19 umgeben. Integriert mit dem Bund 17 ist eine hohle Muffe 21 ausgebildet, welche im Betriebszustand auf den Anschluß 14 aufgesetzt ist und die eine Bohrung 22 umfaßt, die sich

030027/0737

von jedem Ende derart nach innen verjüngt, daß sie in der Mitte zwischen den Enden der Bohrung einen Bereich 23 minimalen Durchmessers bildet. Die Verjüngung ist an beiden Enden der Bohrung 22 gleich und so ausgebildet, daß das Ausmaß der Verjüngung die des kegelstumpfförmlgen Anschlusses 14 derart überschreitet, daß, wenn die Muffe 21 von einem Ende der Bohrung 22 her mit dem Anschluß 14 in Eingriff gerät, die verjüngte Wand des einen Endes der Bohrung mit der kegelstumpfförmigen Wand des Anschlusses 14 einen Winkel von ungefähr 10° bildet.

Zur Anordnung der Verbindungsvorrichtung 16 am Anschluß 14 wird die Muffe 21 auf den Anschluß 14 geschoben und gedrückt bis die Muffe an einer Schulter 24 des Anschlusses 14 anliegt. Die Anordnung des Abschnittes 23 minimalen Durchmessers ist so, daß dieser Bereich dann mit einem Fest- oder Paßsitz am Anschluß 14 anliegt· An den äußeren Enden des Anschlusses 14 und der Muffe 21 wird dann das Material des Anschlusses 14 und der Muffe 21 mittels einer Flamme geschmolzen und verformt, wodurch nach dem Abkühlen zwischen dem Anschluß 14 und der Muffe 21 eine Schweißverbindung besteht. Dank des Fest- oder Paßsitzes mit dem Anschluß 14 schafft der Bereich 23 minimalen Durchmessers eine Barriere für das während des Schmelzvorganges geschmolzene Material, so daß der Schweißvorgang auf die äußeren Enden des Anschlusses 14 und der Muffe 21 begrenzt ist. Es wurde herausgefunden, daß so beim Aufbringen einer Torsionskraft auf den Bund 17 die Verschweißung zwischen der Muffe 21 und dem Anschluß 14 leicht und exakt abgeschert werden kann, damit beispielsweise ein schneller Ersatz einer unbrauchbar gewordenen Batterie möglich ist. Die gegenüber der Verjüngung des Anschlusses 14 größere Verjüngung der Bohrung 22 schafft den ausreichenden Freiraum zwischen dem

030027/0737

Anschluß 14 und der Muffe 21, so daß das Elektrolyt daran gehindert wird, zwischen diesen Teilen zurückgehalten zu werden, wodurch eine elektrolytische Korrosion entstehen würde. Wenn dagegen die Verjüngung der Bohrung 21 dem Maß der Verjüngung des Anschlusses 14 entspricht, ergeben sich durch die Herstellungstoleranzen kleine Zwischenräume zwischen der Muffe 21 und dem Anschluß 14, sogar nach dem Verschmelzen der beiden Teile im vorgenannten Sinne. In diesen Zwischenräumen kann sich Batteriesäure ansammeln, so daß sich Bereiche erheblicher Korrosion einstellen. Die doppelte Verjüngung der Bohrung 22 der Muffe 21 erleichtert das Festlegen der Muffe 21 auf dem Anschluß 14, da immer ein erweitertes Ende der Bohrung 22 auf den Anschluß 14 weist.

Gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, die Muffe 21 so anzuordnen, daß sie von der Schulter 24 durch einen vorbestimmten Luftspalt im Abstand liegt. Dies kann mit Hilfe eines beweglichen Abstandhalters oder einer geeigneten Ausbildung der Dimensionen der Bohrung 22 erreicht werden. Als weitere Alternative kann die Muffe 21 so angeordnet sein, daß sie an einem isolierenden Abstandhalter sitzt, welcher zwischen der Muffe 21 und der Schulter 24 eingefangen ist. Schließlich kann entsprechend einer weiteren abgeänderten Ausführungsform die Schulter 24 weggelassen werden, so daß die Muffe an dem isolierenden Material des Deckels 12 sitzt. Jede der vorgenannten Ausführungsformen soll eine direkte Berührung zwischen dem Anschluß 14 und dem unteren Ende der Muffe 21 verhindern, da es somit möglich ist, die eiektroiytische Korrosion der Muffe und des Anschlusses weiter zu reduzieren,

Auf dem Deckel 12 ist ein Hohlkörper 25 aufgesetzt, welcher den Anschluß 14 und die leitenden Teile der Vorrichtung 16

- 10 -

030027/0737

umgibt. Der Hohlkörper 25 besteht aus zwei Teilen 25a und 25b, welche aus Kunstharz, wie beispielsweise ABS, Polypropylen oder Polystyren, hergestellt sind. Jedes Teil hat die Form eines offenen Troges, wobei das Teil 25a an der Wand 15 und das Teil 25b verschiebbar vom Teil 25a derart aufgenommen wird, daß das offöne Ende desselben geschlossen wird. Dabei wird das Kabel 18 zusammen mit der isolierenden Hülle 19 zwischen den Wänden von in den Teilen 25a und 25b ausgebildeten Schlitzen 26 eingeschlossen. In der Basis des Teiles 25b ist eine Öffnung 27 ausgebildet, die im Abstand mit dem Anschluß 14 und der Muffe 21 der Verbindungsvorrichtung 16 ausgerichtet ist. Der Raum zwischen den Teilen 25a, 25b des Hohlkörpers 25 ist zum Einkapseln der Anschlußanordnung 14, 17, 21 mit einem gehärteten Silikongummi 28 ausgefüllt.

Um den Hohlkörper 25 mit der Batterie zu befestigen, wird das Teil 25a auf der Wand 15 angeordnet, bevor die Verbindungsvorrichtung 16 am Anschluß 14 befestigt wird. Wenn das Teil 25a sich in der vorgesehenen Lage befindet, wird die Muffe 21 der Vorrichtung 16 auf den Anschluß 14 geschoben und auf diesem durch den vorgenannten Flammenschmelzvorgang befestigt, wobei ein Schutz verwendet wird, um das Teil 25a während des Schmelzvorganges zu schützen. Das Teil 25b wird dann auf das Teil 25a aufgesetzt, um die Anschlußanordnung 14, 17, 21 zu schließen. Der Silikongummi wird bevorzugt durch Eingießen in den Zwischenraum zwischen den Teilen 25a und 25b eingefüllt.

Der Silicongummi kann dann aushärten, um die erforderliche Einkapselung vorzunehmen. Das in den Hohlkörper 25 ragende Ende der isolierenden Hülle 19 wird vorzugsweise mit einem Silikon-Primer beschichtet, auf den der ausgehärtete SiIi-

- 11 -

030027/0737

kongummi haftet, um die Schlitze 26 abzudichten.

Im Betrieb isolieren der Hohlkörper 25 und der Silicongummi 28 die Anschlußanordnung 14, 17, 21 elektrisch von den Auseenflachen des Batteriegehäuses 11 und des Deckels 12, so daß, sogar wenn auf den Oberflächen ein Elektrolytfilm aufliegt, Leckströme zur Erde bzw. zur Masse verhindert werden. Der ausgehärtete Silicongummi 28 wird so gewählt, daß er im wesentlichen selbstdichtend ist, wenn er von einer Nadel punktiert wird, um eine elektrische Untersuchung der Batterie vorzunehmen. Wenn es so beispielsweise erforderlich ist, die Batteriespannung zu messen, wenn die Batterie in einem Batteriepaket angeordnet ist, kann eine geeignete nadeiförmige Testsonde durch den Silikongummi eingeführt werden, um den erforderlichen Test vorzunehmen, ohne im wesentlichen die isolierenden Eigenschaften der Einkapselung zu beeinträchtigen. Wenn nach dem Test festgestellt wird, daß die Batterie in Ordnung ist, besteht kein Erfordernis, die Einkapselung nach dem Test zu erneuern. Wenn festgestellt wurde, daß die Batterie unbrauchbar geworden ist, kann die Verbindung zwischen der Vorrichtung 16 und dem Anschluß 14, wie zuvor beschrieben, abgeschert werden, wenn auf den Hohlkörper 25 und somit auf die Vorrichtung 16 eine Torsionskraft aufgebracht wird.

Wenn die Torsionskraft auf die Vorrichtung 1 6 bzw. auf den Bund 17 aufgebracht wird, um die Verbindung mit dem Anschluß 14 zu brechen, so wird die Muffe 21 und der damit verschweißte Bereich des Anschlusses 14 vom Rest des Anschlusses entlang einer Linie abgeschert, die durch den Bereich 23 minimalen Durchmessers gebildet wird. Wenn es danach erforderlich ist, die Verbindung mit dem Anschluß

- 12 -

030027/0737

" ¹² V 295Q435

BU erneuern, kann eine andere Verbindungsvorrichtung 16 auf dem verbleibenden Teil des Anschlusses aufgesetzt und dann, wie zuvor beschrieben, durch Verschmelzen des Materials verschweißt werden·

030027/0737

Claims

HOFFMANN · KITLIi cV PATiTNER

PAT i: X TAX W ALT K 2 v* b U 4 3 s>

DR. ING. E. HOFFMANN (1930 1976) ■ D I PL-I N G. W. E ITlE - 0«. RER.NAI.K. HOFFMANN ■ D I PL.· I N G. W. LE H N

DIPL.-ING. K. FQCHSi-E ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELIASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 Mü N C H E N 81 · TE It FO N (069) 911087 · T E LE X 05-29619 (PAT H E)

32 852

Lucas Industries Inc.,
Birmingham / Großbritannien

Elektrischer Akkumulator

Patentansprüche

!■· Vorrichtung zum Anschließen eines elektrischen Kabels an den elektrischen Anschluß eines Akkumulators mit einem an einem von der Aussenseite des Akkumulators vorstehenden Anschluß festgelegten elektrisch leitenden Teil, welches mit einem von einer isolierenden Hülle umgebenen elektrischen Kabel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (14) und das elektrisch leitende Teil (17) in einem elektrisch isolierenden Material (2S) eingekapselt ist, welches im wesentlichen selbstdichtend ist, wenn durch das Material mittels siner elektrischen Prüfsonde eine Untersuchung des Akkumulators vorgenommen wird.

- 2 030027/0737
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das isolierende Material (28) teilweise die isolierende Hülle (19) des Kabels (18) umgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich das einkapselnde Material (28) in einem Hohlkörper (25) befindet, welcher auf der Aussenseite des Akkumulators so befestigt ist, daß er den Anschluß (14) und das elektrisch leitende Teil (17) umgibt, und daß der Hohlkörper (25) in einer Wand mit einer Öffnung (27) versehen ist, die mit dem Anschluß (14) fluchtet, jedoch durch das einkapselnde Material (28) im Abstand von diesem liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einkapselnde Material (28) ein gießfähiges Material ist, wobei der Hohlkörper (25) eine Gießform für das Material darstellt.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das eingekapselte Material ein ausgehärteter Silikongummi ist.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrisch leitende Teil (17) einen Ringkörper (21) umfaßt, welcher auf den Anschluß (14) aufgesetzt und mit diesem ver—

SCiiwcxijv. χοι., uau uxc XIi ucili nxliUNUlpct uu ucllliuliLlie

Bohrung eine Inr.enkontur hat, die sich von der Aussenkontur des Anschlusses (14) dahingehend unterscheidet, daß oie Wand der Bohrung (22) in der Mitte zwischen deren

030027/0737 ORIGINAL INSPECTED

Enden einen vorstehenden Bereich (23) bildet, welcher am Anschluß (14) anliegt, und daß die Verschweißung zwischen dem Anschluß (14) und dem Ringkörper (21) auf einen Bereich zwischen dem vorstehenden Bereich (23) und dem Süßeren Ende des Anschlusses (14) beschränkt ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) des elektrisch leitenden Ringkörpers (21) so ausgebildet ist, daß sie mit dem inneren Ende des Anschlusses (14) einen Zwischenraum bildet·

8· Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrung (22) des elektrisch leitenden Ringkörpers (21) eine Durchgangsbohrung ist und auf gegenüberliegenden Seiten des vorstehenden Bereiches (23) im wesentlichen dieselbe Formgestalt hat.

- 4

030027/0737