DE3102771C2 - Elektrische Batterie mit Schichtaufbau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Batterie mit Schichtaufbau und ist durch folgendes gekennzeichnet: Die Zellenanordnung erfolgt dadurch, daß mehrere Elementarzellen mit jeweils einem positiven und einem negativen Anschluß derart zusammengestellt werden, daß die Anschlüsse der jeweiligen Elementarzellen in derselben Ebene liegen; eine erste Isolierstoffplatte mit zahlreichen Durchbrüchen wird auf die Zellenanordnung gelegt; Verbindungsstücke auf der ersten Isolierstoffplatte durchsetzen die Durchbrüche, um die Elementarzellen miteinander in Reihe zu schalten; über die Verbindungsstücke wird eine zweite Isolierstoffplatte mit zwei Durchbrüchen gelegt; ein Positiv- und ein Negativ-Klemmenleiter durchsetzen die Durchbrüche der ersten und der zweiten Isolierstoffplatte und stehen über sie hervor; auf die zweite Isolierstoffplatte wird eine Anschlußplatte gelegt, die eine äußere positive Klemme aufweist, die mit dem Positivklemmenleiter verbunden wird, während eine äußere Negativklemme an den Negativklemmenleiter angeschlossen wird. Es ist auf diese Weise möglich, leitende Verbindungen zwischen den einzelnen Verbindungsstücken und dem positiven und dem negativen Anschlußleiter zu vermeiden. Da bei diesem Aufbau der Batterie sämtliche Elementarzellen mit derselben Ausrichtung angeordnet sind, ist die Arbeit beim Zusammenbau sehr vereinfacht.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie mit Schichtaufbau mit einer Zellengruppe, die aus mehreren Elementarzellen zusammengesetzt ist, von denen jede einen positiven und einen negativen Anschluß aufweist, wobei die Anschlüsse der Elementarzellen sämtlich in derselben Ebene liegen und mit einer positiven und einer negativen Anschlußklemme.

Aus der DE-PS 3 36 816 ist eine Taschenlamper.batterie mit flach ausgebildeten Elementarzellen bekannt. Jede dieser Elementarzellen weist eine negativ gepolte Zinkplatte und einen positiv gepolten Kohlestift auf. Die Elementarzellen sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die elektrische Verbindung zv sehen der Zinkplatte und einer Elementarzelle mit dem Kohlestift der Nachbarzelle ist eine feste Verbindung. Dies bedeutet, daß diese Verbindung nicht lösbar ist. Dies bedeutet außerdem, daß die einzelnen Elementarzellen nach dem Zusammenfügen in einem gemeinsamen Gehäuse fest angeordnet sind.

Diese bekannte Taschenlampenbatterie weist den Nachteil auf, daß sie nach dem Zusammenbau eine nicht lösbare Batterieeinheit bildet und daß darüber hinaus die festen elektrischen Verbindungen nicht in genügendem Maße gesichert sind.

Aus der DE-OS 14 96 184 ist eine Trockenbatterie bekannt, die aus einer Vielzahl von Einzelzellen besteht. Bei dieser Trockenbatterie sind die einzelnen Einzei- oder Elementarzellen nach dem Zusammenfügen nicht lösbar miteinander verbunden. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Elementarzellen sind bei dieser bekannten Trockenbatterie durch eine Vergußmasse gesichert, die sich auf einem Deckpapier befindet, welches zur Abdeckung der einzelner Elementarzellen vorgesehen ist.

Diese bekannte Trockenbatterie weist den Nachteil auf, daß sie nach dem Zusammenbau eine nicht lösbare Einheit darstellt Es ist somit nicht ahne weiteres möglich, eine einmal zusammengefügte Trockenbatterieein-

is heit gleichsam baukastenartig zu erweitern. Auch ist es bei der bekannten Batterie nicht möglich, z. B. einzelne defekte Elementarzellen nachträglich durch intakte Elementarzellen zu ersetzen, ohne daß hierbei die Trockenbatterie zerstört wird.

Auch bei einer herkömmlichen 9-Volt-Batterie vom Typ 006P werden sechs Elementarzellen mit jeweils 1,5 V Elementarzelienspannung elektrisch in Reihe geschaltet und in einem Außengehäuse untergebracht. Bei einer alkalischen 1,5 V-Zelle mit Zylinderform befinden sich der positive und der negative Anschluß am jeweils oberen und unteren Ende dieser Zelle. Wenn nun 6 alkalische Zellen dieser Art als Elementarsten zusammengefügt werden, und zwar in zwei Reihen von jeweils drei Elementarzellen, dann benötigt man bei einer solchen Gesamtanordnung lange elektrische Verbindungsleitungen, um die r_sc-gativen Anschlüsse am unteren Ende der einen Zellenreihe mit den positiven Anschlüssen am oberen Ende der jeweils anderen Zellenreihe zu verbinden. Außerdem sind lange Verbindungsleitungen erforderlich, um den jeweils negativen Anschluß am unteren Ende einer Zellenreihe mit der negativen Anschlußklemme auf der oberen Seite der gesamten Baiierieeinheit zu verbinden. Aufgrunddessen ist darüber hinaus ein beträchtlicher Isolieraufwand notwendig, wodurch neben der nicht vorhandenen Lösbarkeit dieser Verbindungen noch der Nachteil hinzu kommt, daß der Gesamtaufbau kompliziert und aufwendig ist. Auch wenn man z. B. die positiven Anschlüsse von z. B. drei Elementarzellen in einer Richtung und die negativen Anschlüsse von z. B. drei weiteren Elementarzellen in entgegengesetzter Richtung ausrichtet, mit z. B. abwechselnder Ausrichtung zweier benachbarter Elementarzellen, sind zwar bei einer solchen Anordnung die Längen der Verbindungsleitungen, zwischen den positiven Anschlüssen und den negativen Anschlüssen verkürzt. Jedoch ist der gesamte Batterieaufbau kompliziert, da die jeweils positiven Anschlüsse und negativen Anschlüsse der einzelnen Elementarzellen nicht sämtlichst in die gleiche Richtung weisen. Ein weiterer Nachteil besteht in einem vergrößerten Batteriegesamtvolumen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Batterie mit Schichtaufbau der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Arbeit des Zusammenbaus wesentlich erleichtert werden soll und bei der unerwünschte elektrische Kontakte zwischen den benachbarten Elementarzellen vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste Isolierstoffplatte vorgesehen ist, die auf der Zellengruppe liegt und zahlreiche Durchbrüche aufweist, daß Verbindungsstücke auf der ersten Isolierstoffplatte angeordnet sind und die Durchbrüche so verbinden, daß die Elementarzellen in Reihe geschaltet sind, daß eine mit zwei Durchbrüchen versehene zweite

Isolierstoffplatte über den Verbindungsstücken angeordnet ist, daß ein positiver und ein negativer Anschlußleiter vorhanden ist, die beide sowohl die Durchbrüche der ersten Isolierstoffplatte als auch die Durchbrüche der zweiten Isolierstoffplatte durchsetzen, daß über der zweiten Isolierstoffplatte eine Anschlußplatte angeordnet ist, auf der die positive und die negative Anschlußklemme vorgesehen sind, die jeweils mit dem positiven und dem negativen Anschlußleiter in Verbindung stehen und daß die Zellengruppe von einem Außengehäuse umgeben ist, aus dem zumindest die positive und die negative Anschlußklemme hervorragen.

Die erste Isolierstoffplatte mit ihren zahlreichen Durchbrüchen und die cuf ihr vorgesehenen Verbindungsstücke ermöglichen eine sichere Kontaktierung der einzelnen Elementarzellen. Die zweite Isolierstoffplatte isoliert die einzelnen Verbindungsstücke nach oben, so daß die beiden Anschlußklemmen nur mit dem positiven und dem negativen Anschlußleiter in Kontaktberührung kommen. Die Fertigung und damit der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Batterie ist besonders einfach, da die zur Kontaktierung notwendigen Teile sämtlich von einer Richtung her montiert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die beteiligten Teile lösbar miteinander verbunden sind, so daß z. B. bei defekten Elementarzellen diese durch intakte Elementarzeilen ersetzt werden können. Ein Vergießen der Batterie ist im Gegensatz zu bekannten Trockenbatterien nicht notwendig.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung dienen als Elementarzellen Rechteckzellen mit einem organischen Elektrolyt, von denen drei Elementarzellen zu der Zellengruppe zusammengestellt sind. Die in der Mitte der Zellengruppe angeordnete Elementarzelle ist von einer Isolierstoffhülle umgeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbei'piels der elektrischen Batterie mit Schichtaufbau;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in F i g. 1;

Fig.3 eine Explosionsdarstellung der Batterie nach den Fig. 1 und 2;

Fig.4 die perspektivische Ansicht der Batterie nach F i g. 1 in einer Zusammenbaustufe;

F i g. 5 die perspektivische Ansicht einer in der Batterie nach F i g. 1 verwendeten Elementarzelle; und

Fig.6 einen Schnitt durch die Elementarzelle in F i g. 5 nach der Linie B-B

Es soll zunächst die Elementarzelle im einzelnen beschrieben werden, aus der die elektrische Batterie mit Schichtaufbau zusammengesetzt wird, weshalb zunächst die F i g. 5 und 6 betrachtet werden.

Die Elementarzclle 1 ist eine quadratförmige 3 V-Lithium-Mangandioxid-Zelle. Das Auöengefäß 2 der E!ementarzelle 1 wird durch einen formgepreßten Metallblechbehälter, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, gebildet und dient als positiver Anschluß. Der Verschlußdeckel 3 des Außenbehälters 2 besteht aus Metallblech, beispielsweise rostfreier Stahl. Er ist in dem Außenbe· hälter durch Laserschweißung befestigt und kann als positiver Anschluß verwendet werden.

Im Verschlußdeckel 3 befindet sich ein Durchbruch 4, in den ein Zylinderteil 5 aus Isolierstoff, beispielsweise aus einem Teflonharz oder dergleichen, eingepaßt ist. Ein oberer und ein unterer Flansch des isolierenden Zylinderteiles 5 liegen auf der Oberseite bzw. an der Unterseite des Verschlußdeckels 3 an. Eine metallische Ringscheibe 6 wird an der Unterseite des isolierenden Zylinderteils 5 angeordnet. Durch die Bohrung des isolierenden Zylinderteiles 5 wird ein Negativanschlußstift 7 gesteckt. Der kreisförmige Negativanschluß 8 am oberen Ende des Negativanschlußstiftes 7 wird einstückig an diesem ausgebildet. Der Negativanschlußstift 7 wird an seinem unteren Ende unter der metallischen Ringscheibe 6 vernietet und ist damit fest, jedoch elektrisch

ίο isoliert und luft- und flüssigkeitsdicht verschlossen, mit dem Verschlußdeckel 3 verbunden.

Eine Negativelektrode 9 besteht aus einer gerollten Lithiumplatte, in die ein Kollektorteil 10 eingebettet ist. Das Kollektorteil 10 steht mit einem Ende 11 daraus hervor, welches an der Unterseite des Negativanschlußstiftes 7 durch Punktschweißen befestigt ist. Auf diese Weise ist die Negativelektrode 9 leitend mit dem Negativanschlußstift 7 über den vorstehenden Teil 11 des Kollektorteils 10 verbunden.

Positive- Elektroden 12 werden durch Mangandioxid gebildet, das als aktives Material c.c-nt. Diese Positivelektroden 12 sind zu beiden Seiten der f.egativelektrode 9 angeordnet und von dieser durch Separatoren 13. die mit einem organischen Elektrolyt imprägnier? sind.

getrennt. Die Positivelektroden 12 kommen mit dem AußenLehälter 2 in Berührung, so daß sie mit ihm leitend verbunden sind.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft nun eine Batterie mit Schichtaufbau der Type 006P, in der Elementarzellen 1 verwendet sind, sowie das Verfahren zu deren Zusammenbau. Die Beschreibung bezieht sich auf die F i g. 1 bis 4 und speziell auf F i g. 3.

Zunächst werden drei Elementarzellen 1,1' und 1" zu einer Zellengruppe 14 derart zusammengestellt, daß die Negativanschlüsse 8,8' und S" der Elementarzellen 1,1' und 1" nicht in einer Linie sondern in Zickzackanordnung liegen. Eine Isolierstoffhülse 15 umgibt die mittlere Elementarzelle Γ der Gruppe, die zwischen den Elementarzellen 1 und 1" liegt.

Mit der Negativklemme 8 der ersten Elementarzelle 1 ist ein Negativanschlußleiter 16 verbunden. Verbindungsleiterstücke 17 und 17' und ein Positivanschlußleiter 18 sind mit den jeweiligen Verschlußdeckeln 3 der Elementarzellen 1, Γ und 1" verbunden, und zwar auf den den Negativklemmen 8,8' und 8" gegenüberliegenden Seiten.

Auf die Zellengruppe 14 wird eine erste Isolierstoffplatte 19 aufgelegt, die vier Rschteckdurchbrüche 20 und zwei kreisförmige Durchbrüche 21 enthält. Der Negativanschlußleiter 16, die Verbindungsstücke 17 und 17' und der Positivaischlußleiter 18 durchsetzen jeweils einen der vier Rechteckdurchbrüche 20.

Auf der Oberseite de,- Isolierstoffplatte 19 wird das Yerb.neungsstück 17 der ersten Elementarzelle 1 so umgebogen, daß es durch die benachbarte Kreisbohning 21 (F i g. 4) hindurchtritt und dort mit der Negativklemme 8' der zweiten Elementarzelle Γ durch Punktschweißen leitend verbunden wird. Gleiches geschieht mit dem Anschlußstück 17' der zweiten Elementarzelle, das mit dem Negativanschluß 8" der dritten Elementarzelle 1" leitend verbunden wird. Auf diese Weise sind die drei Elementarzellen 1, Γ, 1" der Zellengruppe 14 i.ι Reihe geschaltet, wie es die F i g. 4 zeigt.

Über die erste Isolierstoffplatte 19 wird eine zweite Isolierstoffplatte 22 gesetzt, die nur zwei Durchbrüche 23 hat. Diese zweite Isolierstoffplatte 22 unterbindet den Kontakt zwischen dem Negativanschlußleiter 16 und dem Verbindungsstück 17' wie auch den Kontakt

zwischen dem Positivanschlußleiter 18 und dem Verbindungsstück 17.

Anschließend wird die Zellengruppe 14 von der Isolierstoffhülse 24 umschlossen, beispielsweise einem warmschrumpfenden Schlauch, wodurch die drei KIementarzellen I₁ Γ und 1" fest miteinander verbunden werden.

Über die zweite Isolierstoffplatte 22 wird dann eine Isolierstoffanschlußplatte 27 gesetzt, auf der sich die Negativanschlußklemme 25 und die Positivanschluß- in klemme 26 befinden, die die Isolierstoffanschlußplatte 27 durchsetzen. Die Negativanschlußklemme 25 und die Positivanschlußklemme 26 werden mit dem Negativanschlußleiter 16 b/w. dem Positivanschlußleiter 18 verbunden. Ii

Ein Außengehäuse 29 mit nach innen gerichtetem Flansch 28 am oberen Ende wird von oben auf die Zellengruppe 14 aufgesteckt. Dann wird von unten eine Bodenplatte 3ö in den überstehenden Rand des Auueiigehäuses 29 eingelegt, und dessen unterer Rand 31 wird dann unter der Bodenplatte 30 nach innen umgebördelt, so daß damit die elektrische Batterie mit Schichtaufbau gemäß F i g. 1 fertiggestellt ist.

wenngleich bei der Beschreibung eine Batterie mit drei Elenientarzellen erläutert worden ist. versteht es sich, daß die Anzahl der Elementarzellen nicht auf diese Zahl begrenzt ist.

Es werden somit mehrere Elementarzellen, die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluß auf ihrer Oberseite haben, zu einer Zellengruppe derart zu- jo sammengefügt. daß die jeweiligen Anschlüsse der Elementarzellen in einer Ebene liegen. Auf die Zellengruppe wird dann eine erste Isolierstoffplatte aufgesetzt, in der sich zahlreiche Durchbrüche befinden. Die Elementarzellen werden untereinander mit Hilfe von Verbindungsstücken über diese erste Isolierstoffplatte hinweg ;« Reihe geschaltet, so daß unerwünschte elektrische Kontakte zwischen benachbarten Elementarzellen, die andernfalls durch die Verbindungsstücke auftreten könnten, verhindert sind. Über die Verbindungsstücke wird dann eine zweite Isolierstoffplatte gesetzt, die nur nocli zwei Durchbrüche aufweist, durch die der positive Anschlußleiter und der negative Anschlußleiter der Zellengruppe hindurchtreten. Diese Anordnung verhindert unerwünschte elektrische Kontakte zwischen den Verbindungsstücken und den Anschlußleitern. Es können dadurch sämtliche Elementarzeilen in gleicher Weise ausgerichtet sein, wodurch die Arbeit des Zusammenbaus sehr erleichtert ist. Werden drei 3 V-Zellen mit organischem Elektrolyt der quadratischen Type als EIementarzellen verwendet, dann werden für das Herstellen einer Batterie der Type 006P lediglich drei Elementarzellen benötigt. Um unerwünschte elektrische Kontakte zwischen benachbarten Elementarzellen zu unterbinden, muß nur die in der Mitte der Zellengruppe angeordnete Elementarzelle von isolation umgeben werden, was wiederum die Arbeit des Zusammenbaus der Batterie erleichtert Da in diesem Fall rechteckförmige Elementarzellen verwendet werden, entsteht in der Batterie nur ein besonders kleines Hohlraumvolumen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrische Batterie mit Schichtaufbau mit einer Zellengruppe, die aus mehreren Elementarzellen zusammengesetzt ist, von denen jede einen positiven und einen negativen Anschluß aufweist, wobei die Anschlüsse der Elementarzellen sämtlich in denselben Ebene liegen, und mit einer positiven und einer negativen Anschlußklemme, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Isolierstoffplatte (19) vorgesehen ist, die auf der Zellengruppe (14) Hegt und zahlreiche Durchbrüche (20, 21) aufweist, daß Verbindungsstücke (17, 17') auf der ersten Isolierstoffplatte (19) angeordnet sind und die Durchbrüche (20,21) so verbinden, daß die Elementarzellen (1, Γ, 1") in Reihe geschaltet sind, daß eine mit zwei Durchbrüchen (23) versehene zweite Isolierstoffplatte (22) über den Verbindungsstücken (17, 17') angeordnet ist, daß ein positiver und ein negativer Anschlußisiter (18, 16) vorhanden ist, die beide sowohl die Durchbrüche (20, 21) der ersten Isoliierstoffplatte (19) als auch die Durchbrüche (23) der zweiten Isolierstoffplatte (22) durchsetzen, daß über der zweiten Isolierstoffplatte (22) eine Anschlußplatte (27) angeordnet ist, auf der die positive und die negative Anschlußklemme (28, 25) vorgesehen sind, die jeweils mit dem positiven und dem negativen Anschlußleiter (18, 16) in Verbindung stehen und daß die Zellengruppe (14) von einem Außengehäuse (29) umgeben ist, aus dem zumindest die positive und die negative Anschlußklemme (26 und 25) hervorragen.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elementare· '!en (1, Γ, 1") Rechteckzellen mit einem organischen Elektrolyt dienen, von denen drei Elementarzeilen zu der Zeilengruppe (14) zusammengestellt sind, und daß die in der Mitte der Zellengruppe (14) angeordnete Elementarzelle (Γ) von einer Isolierstoffhülle (15) umgeben ist.