DE3511989C2 - Batterieeinheit und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf wiederaufladbare Batterien und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieeinheit mit mehreren wiederaufladbaren Batteriezel­ len sowie auf eine Batterieeinheit.

Insbesondere betrifft die Erfindung Batterieeinheiten für tragbare elektrische Geräte.

Elektrische Batterieeinheiten werden aus mehreren, einzel­ nen, wiederaufladbaren Batteriezellen gebildet, die in Reihe geschaltet werden. Im allgemeinen hat jede einzelne Batteriezelle ein elektrisch leitfähiges Gehäuse, das Chemi­ kalien aufnimmt, die so reagieren, daß sie einen elek­ trischen Strom zwischen einer elektrisch leitfähigen, scheibenförmigen Endwand, die starr mit einem Ende des Gehäuses verbunden ist, und einem elektrisch leitfähigen Stift fließen lassen, der sich am anderen Ende des Gehäuses und elektrisch isoliert von diesem befindet.

Zur Zeit werden derartige Batterieeinheiten wie folgt hergestellt:

• a) Verbinden der Batteriezellen in einer elektrischen Reihenschaltung zur Bildung einer Voranordnung;
• b) Umhüllen der Voranordnung mit isolierendem Material, um die elektrisch leitfähigen Gehäuse der Batteriezel­ len gegeneinander zu isolieren und eine mechanische Verbindung der verschiedenen Bauteile zu erreichen;
• c) Einsetzen der umhüllten Voranordnung in ein Gehäuse, das im wesentlichen Schutzfunktion hat und gegebenen­ falls die Bildung elektrischer Verbindungen mit den Polen an den gegenüberliegenden Enden der Reihenanord­ nung von Batteriezellen erleichtert.

Die bekannten Verfahren haben verschiedene Nachteile. So sind sie beispielsweise kompliziert und erfordern besonders geschultes Personal. Ferner benötigen sie erhebliche Her­ stellungszeiten, so daß ihr Einsatz wegen der hohen Kosten in vielen Fällen nicht möglich ist, und sie ergeben geringe Zuverlässigkeit.

Insbesondere ist der Vorgang des Einhüllens oder Ein­ wickelns der Voranordnung von Batteriezellen zur Isolierung ihrer Gehäuse und zur Bildung einer mechanischen Verbindung zeitaufwendig und kompliziert, wenn die Batteriezellen in Form von parallelen Reihen angeordnet werden, um eine kompakte Batterieeinheit zu erhalten.

Ferner haben die zur Zeit erhältlichen, wiederaufladbaren Batteriezellen große Abmessungstoleranzen, wodurch der Montagevorgang erschwert wird.

In Abwandlung des vorstehend erläuterten Verfahrens ist es auch bereits bekannt (US-PS 3 956 019), elektrische Verbin­ dungsplatten an die Ausgangspole einer Reihenanordnung von Batteriezellen anzuschweißen, was durch Öffnungen in einer Endplatte der Batterieeinheit vorgenommen wird, nachdem die Batteriezellen und die Endplatte mit einer durch Wärme schrumpffähige Kunststoffolie umhüllt wurden. Hierbei han­ delt es sich jedoch immer noch um ein verhältnismäßig kompliziertes Verfahren, das sich nicht ohne weiteres für eine automatische oder halbautomatische Montage einsetzen läßt. Ferner erfordert es eine Folie, um die Batterieein­ heit zusammen zu halten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Montage einer Batterieeinheit zu schaffen, bei dem vereinfachte Montageschritte verwendet werden, von denen zumindest einige besonders geeignet sind, maschinell ausge­ führt zu werden.

Ein Merkmal, mit dem diese Aufgabe gelöst wird, besteht in dem Einsetzen von Kontaktstreifen durch Öffnungen in den Seitenwänden eines Gehäuses einer Batterieeinheit und dem Befestigen eines Deckels auf dem Gehäuse, nachdem die Batteriezellen eingesetzt wurden.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieeinheit mit mehreren aufladbaren Batteriezel­ len, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in ein Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material mit einer Bodenwand und einem oberen offenen Ende, bei dem die Bodenwand zwei Zugangsöffnungen und in gegenüberliegende Seitenwände des Gehäuses benachbart zur Bodenwand Öffnungen aufweisen, durch die Öffnungen in den Seitenwänden Kontaktflansche von zwei Kontaktstreifen eingesetzt werden, so daß sich die Kontaktflansche parallel zur Bodenwand und oberhalb der Zugangsöffnungen erstrecken und ein Teil jedes Kontakt­ streifens sich außerhalb des Gehäuses befindet, daß durch das offene Ende des Gehäuses mehrere Batteriezellen in dieses eingesetzt und ein positiver Pol einer der Batterie­ zellen in Berührung mit einem der Kontaktflansche und ein negativer Pol einer anderen Batteriezelle in Berührung mit dem anderen Kontaktflansch gebracht wird, daß das offene Ende mit einem Deckel verschlossen und dieser am Gehäuse befestigt wird, so daß er die Batteriezellen in Richtung auf die Bodenwand drückt und ihre positiven und negativen Pole in festen Eingriff mit den Kontaktflanschen bringt, und daß die Kontaktflansche durch Zufuhr von Wärme durch die Zugangsöffnungen mit den Polen verbunden werden.

Der Deckel hat vorzugsweise verformbare Vorsprünge aus elektrisch isolierendem Material, die sich in das Gehäuse erstrecken, und der Deckel kann vor dem Befestigen am Gehäuse zur Verformung der Vorsprünge gegen das Gehäuse gedrückt werden, so daß die verformten Vorsprünge die Batteriezellen in Richtung auf die Bodenwand drücken.

Vorzugsweise hat jeder Kontaktstreifen einen vom Kontakt­ flansch durch einen Stegbereich getrennten, zweiten, kürze­ ren Flansch, und diese zweiten Flansche werden durch weitere Öffnungen in den Seitenwänden des Gehäuses einge­ setzt, wobei die Stegbereiche nach außen freiliegend angeordnet sind.

Vorzugsweise tragen alle Flansche Vorsprünge, und diese Vorsprünge greifen verriegelnd über innere Kanten der Öffnungen, um die Kontaktstreifen am Gehäuse zu befestigen.

Die Wärmezufuhr kann vorzugsweise durch einen Schweiß- oder Lötvorgang erfolgen.

Mittels der Erfindung soll ferner eine Batterieeinheit geschaffen werden, die einfach und robust im Aufbau sowie zuverlässig im Gebrauch ist.

Hierzu wird eine Batterieeinheit mit einem Gehäuse mit Bodenwand, einander gegenüberliegenden Seitenwänden, und einem oben offenen Ende derart ausgestaltet, daß in der Bodenwand zwei Zugangsöffnungen und in den gegenüberliegen­ den Seitenwänden benachbart zur Bodenwand jeweils eine Öffnung vorgesehen sind, daß im Gehäuse mehrere, in Reihe geschaltete, aufladbare Batteriezellen vorgesehen sind, die mit entgegengesetzten Polen der Reihenanordnung mit den Zugangsöffnungen fluchtend benachbart zur Bodenwand liegen, daß zwei Kontaktstreifen mit jeweils einem außerhalb des Gehäuses liegenden Bereich und einem sich durch jeweils eine der Öffnungen erstreckenden Kontaktflansch vorgesehen sind, wobei sich jeder Kontaktflansch parallel zur Boden­ wand und über eine der Zugangsöffnungen erstreckt sowie starr an einem der Pole befestigt ist, und daß das obere Ende des Gehäuses mit einem am Gehäuse befestigten Deckel verschlossen ist, der die Reihenanordnung von Batteriezel­ len in Richtung auf die Kontaktflansche drückt.

Vorzugsweise hat jeder Kontaktstreifen zwei durch einen Stegbereich verbundene Flansche, die sich durch ein Paar Öffnungen in einer Seitenwandaussparung des Gehäuses er­ strecken. Die Flansche haben Mittel, die sie mit ihrem Stegbereich in der Aussparung und von außen zugänglich liegend verriegeln.

Man erkennt, daß durch die Erfindung das Umwickeln der Batteriezellen oder die Bildung einer isolierenden Umhül­ lung um die Batteriezellen vermieden wird. Darüber hinaus wird eine korrekte und dauernde elektrische Verbindung zwischen den einzelnen in Reihe angeordneten Batteriezellen sowie zwischen den Batteriezellen und den Kontaktstreifen sichergestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungs­ beispiel zeigenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1A zeigt in einer Seitenansicht das Äußere des Gehäuses einer Batterieinheit.

Fig. 1B, 1C + 1D sind Ansichten des Gehäuses aus Fig. 1A von unten, von oben und von einer anderen Seite, jeweils in Richtung der Pfeile I_B, I_C und I_D in Fig. 1A.

Fig. 2A + 2B zeigen Schnitte durch das Gehäuse entlang den Linien I_A-II_A und II_B-II_B aus Fig. 1A.

Fig. 2C + 2D zeigen Längsschnitte durch das Gehäuse entlang den Linien II_C-II_C und II_D-II_D aus Fig. 1A bzw. 1D.

Fig. 3A zeigt eine Reihenanordnung mehrerer mit einander verbundener, aufladbarer Batteriezellen.

Fig. 3B zeigt eine Endansicht der Reihenanordnung von Batteriezellen aus Fig. 3A in Richtung des Pfeiles III_B aus Fig. 3A.

Fig. 4A zeigt einen mittigen Schnitt durch eine Abdeckung zum Verschließen des Gehäuses entlang der Linie IV_A-IV_A aus Fig. 4B.

Fig. 4B zeigt eine Ansicht der Abdeckung aus Fig. 4A von unten in Richtung des Pfeiles IV_B aus Fig. 4A.

Fig. 4C zeigt vergrößert den Teil der Abdeckung, der in Fig. 4A im Kreis IV_C liegt.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht einer Isolierscheibe, wie sie in der Reihenanordnung aus Fig. 3A benutzt wird.

Fig. 6A zeigt eine umgekehrte Seitenansicht eines elek­ trisch leitfähigen Kontaktstreifens, wie er in der Anordnung der Batterieeinheit verwendet wird.

Fig. 6B zeigt eine Ansicht des Kontaktstreifens aus Fig. 6A von unten in Richtung des Pfeiles VI_B in Fig. 6A.

Fig. 6C + 6D zeigen Schnitte des Kontaktstreifens aus Fig. 6A entlang der Linien VI_C-VI_C und VI_D-VI_D.

Fig. 6E zeigt einen vergrößerten Schnitt des Kontaktstrei­ fens entlang der Linie VI_E-VI_E aus Fig. 6B.

Fig. 6F + 6G zeigen vergrößerte Teilansichten der Teile des Kontaktstreifens, die in Fig. 6 in den Kreisen VI_F und VI_G liegen.

Fig. 7A, 7B + 7C zeigen die Hauptschritte bei der Montage der Batterieeinheit, wobei Fig. 7A einige Bauteile für die Herstellung der Reihenanordnung der Batteriezellen, die umgekehrt in Fig. 3A gezeigt ist, Fig. 7B die Montage eines der Kontaktstrei­ fens und der Serienanordnung aus Batteriezellen in richtiger Ausrichtung in einem Gehäuse sowie das Aufsetzen der Abdeckung des Gehäuses und Fig. 7C eine Seitenansicht der montierten Batte­ rieeinheit zeigt.

Fig. 8A zeigt einen Längsschnitt durch die montierte Batterieeinheit entlang der Linie VIII_A-VIII_A aus Fig. 8B.

Fig. 8B zeigt einen Längsschnitt der montierten Batterie­ einheit entlang der Linie VIII_B-VIII_B aus Fig. 7C.

Fig. 8C, 8D + 8E zeigen Schnitte durch die montierte Batterieein­ heit entlang der Linien VIII_C-VIII_C, VIII_D-VIII_D und VIII_E-VIII_E aus Fig. 7.

Fig. 8F zeigt eine Ansicht der montierten Batterieeinheit von unten in Richtung des Pfeiles VIII_F aus Fig. 7C.

Zunächst werden die verschiedenen Bauteile der dargestell­ ten Batterieeinheit in Zusammenhang mit den Fig. 1A bis 6G beschrieben, worauf dann eine Beschreibung der Herstel­ lung und der Montage der Batterieeinheit im wesentlichen in Zusammenhang mit den Fig. 7A bis 8F erfolgt.

Das im wesentlichen in den Fig. 1A bis 1D und 2A bis 2D dargestellte Gehäuse 100 der Batterieeinheit hat eine äußere Wand 101, die einen länglichen inneren Raum konstan­ ten Querschnittes begrenzt; der zur Aufnahme von mehreren, wiederaufladbaren Batteriezellen dient, wie dies später beschrieben werden wird. Der Querschnitt des Gehäuses 100 betrachtet in einer Ebene parallel zu den Schnittebenen der Fig. 2A und 2B wird von zwei gleichen Kreisbögen begrenzt, die durch zwei geradlinige Abschnitte miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten, die äußere Umhüllung 101 des Gehäuses 100 ist einerseits durch zwei Abschnitte von Zylindern 102, 103, deren parallele Drehachsen in Fig. 1B mit O-O und P-P bezeichnet sind, und andererseits durch zwei längliche parallele Ebenen 104, 105 begrenzt, die sich zwischen den vorstehend erwähnten Zylinderabschnitten er­ strecken und gegenüberliegende Seitenwände des Gehäuses 100 bilden.

Man erkennt ferner zwei geradlinige, längliche Rippen 106, 107, die an den Außenflächen der Seitenwände 104, 105 vorstehen und die als Ausrichtelemente zum richtigen Positionieren der Batterieeinheit in einem Gerät dienen. Die Rippen 106, 107 sind bezüglich der Symmetrieebene des Gehäuses 100, die beispielsweise mit der Schnittebene II_C-II_C in Fig. 1A übereinstimmt, versetzt. Auf diese Weise wird eine richtige Positionierung, auch bezüglich der elektrischen Anschlüsse der Batterieeinheit im Gebrauch sichergestellt.

Eines der Enden des Gehäuses 100, nämlich das untere Ende in den Fig. 1A und 1D ist von einer quer verlaufenden Bodenwand 108 verschlossen, die im wesentlichen ovale Form hat und mit den vorstehend erwähnten Abschnitten 102, 103, 104 und 105 verbunden ist. Die Bodenwand 108 hat zwei kreisförmige Öffnungen 109, 110, die koaxial bezüglich der Achsen O-O und P-P angeordnet sind. Wie insbesondere in Fig. 1C zu erkennen ist, weist das Gehäuse 100 auch eine längliche innere Trennwand 111 auf, die sich im wesent­ lichen quer zu den Seitenwänden 104, 105 erstreckt, wobei sie mit den Innenflächen dieser Seitenwände verbunden ist. Die Trennwand 111 definiert zwei parallele, längliche Aufnahmeräume für jeweils eine Reihe von aufladbaren Batteriezellen. Die Trennwand 111 hat einen im wesent­ lichen S-förmigen Querschnitt, und die Krümmungen der Trennwand 111 sind ähnlich der Krümmung der Zylinderab­ schnitte 102, 103. In der Bodenwand 108 vorgesehene Stifte 112 erstrecken sich nach innen in Richtung auf das oben offene Ende des Gehäuses 100.

Das Gehäuse 100 hat eine sich am oberen Ende vom Umfang der Außenwand 111 nach außen und um die Öffnung des Gehäuses erstreckende Lippe 115. Diese Lippe 115, die parallel zur Schnittebene II_A-II_A verläuft, ist an jedem Ende abge­ schrägt, wie dies in den Fig. 1B und 1C gezeigt ist.

Die gegenüberliegenden Seitenwände 104, 105 weisen benach­ bart zu ihren unteren Enden rechteckförmige Aussparungen 120 auf, die sich mit ihrer Längserstreckung parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses, also parallel zu den Achsen O-O und P-P erstrecken. Die Aussparungen 120 sind symmetrisch angeordnet. Ein parallel zu den gegenüber­ liegenden Seitenwänden 104, 105 verlaufendes, ebenes Ele­ ment 121, das in das Innere des Gehäuses versetzt ist, bildet jeweils eine Innenwand jeder Aussparung 120. Das Element 121 ist in Längsrichtung jeweils zwischen einer der gegenüberliegenden Seitenwände 104, 105 und der inneren Trennwand 111 angeordnet (Fig. 2B). Wie in den Fig. 2C und 2D dargestellt, ist die Längserstreckung des Elementes 121 parallel zur Längserstreckung des Gehäuses 100 gering­ fügig kleiner als die Länge der zugehörigen Aussparung 120, so daß in jeder Aussparung 120 oberhalb und unterhalb des Elementes 121 Öffnungen 122, 123 gebildet werden. Wie später in Zusammenhang mit Fig. 7 erläutert werden wird, werden die Öffnungen 122, 123 zum Einsetzen der Kontakt­ streifen benutzt.

Die Außenwand 101 des Gehäuses weist benachbart zur Bodenwand 108 im zylindrischen Abschnitt 103 eine seitliche Öffnung 140 auf. Die Öffnung 140 erstreckt sich in Längsrichtung des Gehäuses und ist symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene des Gehäuses durch die Achsen O-O und P-P. Diese Öffnung 140 ermöglicht die Kontaktgabe zwischen der Seitenwand einer der Batteriezellen und einem äußeren Hilfselement, etwa einem Thermistor.

Es sei erwähnt, daß die Bodenwand 108, wie in Fig. 1B dargestellt, im Verlauf der Aussparungen 120 ausgeschnitten ist, um im Gebrauch die Bildung eines Gleitkontaktes zwischen elastischen Kontaktmitteln des Gerätes und leit­ fähigen Kontaktstreifen zu bilden, die über das Element 121 gehalten werden. Entsprechend ist die Bodenwand 108 im Verlauf der Öffnung 140 weggeschnitten.

Das Gehäuse 100 wird durch einen Deckel 50 vervollständigt, der in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist. Der Deckel 50 wird von einer scheibenförmigen Schale von im wesentlichen ovalem Querschnitt gebildet und hat an seiner unteren Fläche 150 zwei angeformte, im wesentlichen kegelstumpf­ förmig ausgebildete Stifte 52, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und sich von der Fläche 51 senkrecht nach unten erstrecken. Der Umfang der ebenen Schale, die den Deckel 50 bildet, besteht aus vier gleichen Bögen, die durch parallele, geradlinige Abschnittspaare verbunden sind, und er entspricht dem Umfang der Gehäuselippe 115. Eine Rippe mit V-förmigem Querschnitt erstreckt sich vom Deckel 50 entlang seines Umfangs nach unten.

Wenn der Deckel 50 in seine Stellung auf dem oberen offenen Ende des Gehäuses 100 gebracht wird, erstrecken sich die Stifte 52 koaxial mit den Achsen O-O und P-P in das Gehäuse. Der Querschnitt und das Material der Stifte 52 ermöglicht ihre geringfügige seitliche Verformung, wenn auf sie ein entsprechender Druck ausgeübt wird. Wie später beschrieben werden wird, wird diese Eigenschaft benutzt, um die im Gehäuse 100 montierte Anordnung aus wiederauflad­ baren Batteriezellen gegen Bewegungen oder Schwingungen sicher zu halten.

Das Gehäuse 100 und der Deckel 50 bestehen aus elektrisch isolierendem Material, das außerdem eine Wärmeverschweißung des Deckels 50 mit dem Gehäuse 100 gestattet. Vorzugsweise werden das Gehäuses 100 und der Deckel 50 aus einem thermoplastischen Polymeren oder Copolymeren, etwa Acrylni­ tril-Butadien-Styrol (ABS) hergestellt.

Im folgenden wird die Form der elektrischen Kontaktstreifen gemäß Fig. 6A bis 6G beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, daß der Kontaktstreifen 60 in diesen Figuren gegenüber seiner Anordnung in den Fig. 7 und 8 umgedreht ist. Der Streifen 60 hat einen ebenen, rechteckförmigen Steg 61, an dessen Enden zwei Flansche 62, 64 vorgesehen sind, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und sich zur gleichen Seite senkrecht zum Steg 61 erstrecken. Der erste, längere Flansch 64, der der Kontaktflansch ist, erstreckt sich in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung des Steges 61 und bezüglich der Ebene des Steges 61 unter einem Winkel von 45° geneigt (Fig. 6B). Der zweite und kürzere Flansch verläuft in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Steges 61.

Jeder der Flansche 62, 64 hat benachbart zum Steg 61 durch Formpressen hergestellte Vorsprünge 63, 65, die sich nach innen aufeinander zu erstrecken. Die Vorsprünge 63, 65 ermöglichen das Aufschnappen der Kontaktstreifen 60 auf die Elemente 121 der Aussparungen 120, wenn die Flansche 62, 64 nach innen durch die Öffnungen 122, 123 eingeführt werden. Wegen der mittigen Lage der Aussparungen 120 und der kurzen Länge des zweiten Flansches 62 beeinträchtigt letzterer nicht das Einsetzen der wiederaufladbaren Batteriezellen in das Gehäuse. Um die Verriegelung der Streifen 60 auf den zugehörigen Elementen 121 sicherzustellen, ist der Abstand der Flansche 62 und 64 voneinander im wesentlichen gleich oder geringfügig größer als die Länge des Elementes 121. Ferner befinden sich die Vorsprünge 63, 65 der Flansche 62, 64 in einem Abstand vom Steg 61, der im wesentlichen gleich der Dicke des Elementes 121 ist.

Wie in den Fig. 6D und 6E gezeigt, weist der als Kontakt dienende Flansch an seinem freien Ende einen länglichen Mittelschlitz 66 auf, durch den zwei parallele Zungen 68 gebildet sind, von denen jede benachbart zu ihrem Ende einen Vorsprung 67 hat, der sich in Richtung des kürzeren Flansches 62 erstreckt. Die Länge des Flansches 64 ist so gewählt, daß die Vorsprünge 67 sich nach dem verriegelnden Aufsetzen der Streifen 60 auf die Elemente 121 oberhalb der Öffnungen 109, 110 in der Bodenwand 108 des Gehäuses befinden (Fig. 8F).

Wie im einzelnen in Fig. 3A zu erkennen ist, haben die einzelnen wiederaufladbaren Batteriezellen 10 eine elek­ trisch leitfähige, zylindrische Wand 11, die chemische Mittel aufnimmt, mit deren Hilfe ein elektrischer Strom zwischen einer elektrisch leitfähigen radialen, scheibenför­ migen Endwand 13 und einem elektrisch leitfähigen Stift 12 erzeugt wird. Der Stift 12 ist im anderen Ende der Wand 11 gehalten und gegenüber dieser elektrisch isoliert. Er ist koaxial zur Wand 11 angeordnet, und die Seitenwand 11 und die Endwand 13 bilden den negativen Pol der Batteriezelle, während der Stift 12 den positiven Pol bildet.

Die Montage der Batterieeinheit wird im folgenden anhand der Fig. 7A, 7B und 7C beschrieben.

Der erste Schritt der Montage besteht in der elektrischen Reihenverbindung mehrerer wiederaufladbarer Batteriezellen 10, die in zwei parallelen Reihen angeordnet sind, so daß die beiden Pole der Reihenanordnung, die in Fig. 7B mit - und + bezeichnet sind, an den Enden der beiden parallelen Reihen von Zellen 10 und am unteren Ende der Reihenanord­ nung liegen. Zu diesem Zweck werden ringförmige Isolier­ scheiben 30 mit Mittelbohrung 31 (Fig. 5), deren Durchmes­ ser im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Stiftes 12 ist, um die Stifte 12 der verschiedenen Zellen 10 angeord­ net. Die Zellen 10 werden gegeneinander gerichtet zu Paaren nebeneinander angeordnet, d. h. der negative Pol (scheiben­ förmige Fläche 13) einer Zelle befindet sich benachbart zum positiven Pol (Stift 12) einer benachbarten Zelle. Die verschiedenen Batteriezellen 10 werden dann mittels elek­ trisch leitfähiger Elemente 20, die in den Fig. 3B sowie 7A und 7B gezeigt sind, in Reihe geschaltet, so daß der positive Pol (Stift 12) einer Zelle 10 mit dem negativen Pol (Fläche 13) einer benachbarten Zelle verbunden ist. Die Verbindungselemente 20 bestehen aus ebenen, elektrisch leitfähigen Elementen mit im wesentlichen Rechteckform, deren Enden jeweils zwei längliche, mittige Schlitze 21 aufweisen, durch die zwei benachbarte, parallele Zungen 22 gebildet werden. Ähnlich dem Kontaktflansch 64 weist jede Zunge 22 Vorsprünge 23 auf, um die Montage durch Anlöten der Verbindungselemente 20 an den Flächen 13 und den Stiften 12 der Batteriezellen 10 zu erleichtern. Die Länge der Verbindungselemente 20 in Richtung parallel zu den mittigen Schlitzen 21 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Batteriezelle 10, so daß ein geringfügiger Abstand zwischen den beiden Reihen von Batteriezellen 10 gegeben ist, wie er in Fig. 3A erkennbar ist. Die Verbindungselemente 20 sind ebenso wie die Kontaktstreifen 60 aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit, etwa Nickel oder mit Nickel platiertem Stahl hergestellt.

Die Batterieeinheit enthält sechs Batteriezellen 10. Fünf Verbindungselemente 20 werden verwendet, um die sechs Batteriezellen 10 in Reihe zu schalten. Außer dem oberen, mittigen Verbindungselement 20 werden die Verbindungselemen­ te 20 quer zu ihrer Längserstreckung gebogen, um die Elemente in zwei parallelen Reihen auszurichten, wie dies in Fig. 7B gezeigt ist. Man erkennt, daß das mittige Verbindungselement 20, das im oberen Teil von Fig. 7B und im unteren Teil von Fig. 3A gezeigt ist, derart an den oberen Batteriezellen 10 befestigt ist, daß die beiden Reihen von drei Batteriezellen etwas voneinander getrennt sind. Die Reihenanordnung der Batteriezellen ist jetzt fertig gestellt.

Gleichzeitig werden die beiden Kontaktstreifen 60 seitlich in die Aussparungen 120 im Gehäuse 100 eingeführt. Zu diesem Zweck werden zunächst die Kontaktflansche 64 senk­ recht zu den Achsen O-O und P-P in die Öffnungen 123 eingeführt. Dann werden die Streifen 160 in die Aussparun­ gen 120 gedrückt, um die kürzeren Flansche 62 in die Öffnungen 120 einzubringen und die Verriegelung der Strei­ fen 60 auf den Elementen 121 zu bewirken, wenn die Vorsprünge 63 und 65 sich über diese bewegen. In dieser montierten Stellung erstrecken sich die Kontaktflansche 64 quer zu den Batterieaufnahmeräumen und über die Öffnungen 109, 110 in der Bodenwand 108. Die Kontaktstreifen 60 werden in dieser Lage festgehalten, wobei die Stege 61 an den Außenflächen der Elemente 21 anliegen.

Das mit den Kontaktstreifen 60 versehene Gehäuse 100 ist dann zur Aufnahme der Reihenanordnung von miteinander verbundenen Batteriezellen gemäß Fig. 7B bereit.

Die Batterieanordnung wird durch das obere offene Ende des Gehäuses 100 in dieses eingesetzt, wobei die benachbarten Batterieenden, die den positiven und den negativen Pol der Reihenanordnung bilden, zuerst in das Gehäuse 100 einge­ führt werden. Die Anordnung wird vollständig in das Gehäuse 100 eingesetzt, bis die positiven und negativen Pole der Reihenanordnung auf dem jeweiligen Kontaktflansch 64 auflie­ gen. Um die mechanischen Belastungen der Kontaktflansche 64 zu begrenzen, liegen die äußeren vorderen Endflächen der vorderen Batteriezellen 10 an den Stiften 112 an, die von der Bodenwand 108 nach oben stehen. Die längliche innere Trennwand 111 trennt die beiden Reihen von Batteriezellen und bildet außerdem eine elektrische Isolierung zwischen ihnen. Die beiden Reihen von Batteriezellen erstrecken sich jeweils koaxial zur Achse O-O bzw. P-P.

Das Gehäuse 100 muß jetzt mit dem Deckel 50 verschlossen werden. Wie in Fig. 7B gezeigt, wird der Deckel 50 oberhalb des offenen Endes des Gehäuse 100 bezüglich diesem ausgerichtet und dann in Richtung auf das Gehäuse 100 bewegt, bis die freien Enden der Stifte 52 an den oberen Enden der Reihen von Batteriezellen 10 anliegen. Genauer gesagt, kommen die freien Enden der Stifte 52 zur Anlage an dem mittleren, oberen Verbindungselement 20. Der Deckel 50 wird dann in Richtung parallel zu den Achsen O-O und P-P gegen das Gehäuse 100 gedrückt, um die Stifte 52 zu verformen, wie dies in Fig. 8A gezeigt ist, und um die Batteriezellen 10 unbewegbar zu positionieren. Ferner wird die Umfangsrippe 53 des Deckels 50 fest gegen das Gehäuse 100 bewegt. Dieser Vorgang des Belastens der Stifte 52 durch Zusammenführen des Deckels 50 und des Gehäuses 100 wird von einer Schweißphase begleitet, vorzugsweise einem Ultraschallschweißen, um den Deckel 50 und das Gehäuse 100 miteinander zu verschweißen. Das Verschweißen findet zwi­ schen der Rippe 53 und der Lippe 115 statt. Die Anwendung von Ultraschall erfolgt vorzugsweise auch, um das Verformen der Stifte 52 zu erleichtern. Daher kann das Verformen der Stifte 52 und das Schweißen des Deckels 50 gleichzeitig durchgeführt werden.

Um einen zuverlässigen, elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktstreifen 60 und den positiven und negativen Polen der Reihenanordnung der Batteriezellen 10 sicherzustellen, werden die Vorsprünge 67 der Zungen 68 der Kontaktflansche 64 am Stift 20 und der Fläche 13 der am unteren Ende vorgesehenen Batteriezellen der Reihenanordnung angeschweißt oder angelötet. Dieses Schweißen oder Löten erfolgt von außen durch die Öffnungen 109, 110 in der Bodenwand 108 des Gehäuses 100.

Die so hergestellte, gebrauchsfertige Batterieinheit ist in den Fig. 7C und 8A bis 8F gezeigt.

Wie die vorstehende Beschreibung erkennen läßt, ist das Herstellungsverfahren besonders einfach und wirtschaftlich.

Man erkennt ferner, daß das Vorhandensein der Öffnung 140 im Gehäuse es ermöglicht, einen Thermistor, der Teil einer Ladeanordnung ist, in Berührung mit dem Gehäuse 11 der Batteriezelle 10 zu bringen, die den negativen Pol der Batterieeinheit bildet, um den Ladevorgang der Batterieeinheit zu steuern. Außerdem erkennt man, daß der Aufbau der länglichen Aussparungen 120 in den ebenen Seitenwänden 104, 105 sowie in der Bodenwand 108, wie er insbesondere in den Fig. 1B und 8F dargestellt ist, die Bildung eines Gleitkontaktes zwischen den Kontaktstreifen 60 und den Kontakten im zu betreibenden Gerät ermöglicht, wenn die Batterieeinheit in Längsrichtung in eine entsprechende Kammer im Gerät eingesetzt wird.

Mit der beschriebenen Batterieeinheit, in der aufladbare Nickelcadmium-Batterien vorgesehen waren, ausgeführte Tests erwiesen sich als äußerst zufriedenstellend. Die Zuverläs­ sigkeit der Batterieeinheit wird durch die kleinere Anzahl der bei der Herstellung verwendeten Bauteile sowie auch durch die Art der elektrischen Kontakte innerhalb der Batterieeinheit erhöht.

Die geringen Kosten der Herstellung ergeben sich durch die Einfachheit und Schnelligkeit der Montage, bei der nur Elemente in zwei Richtungen rechtwinklig zueinander posi­ tioniert werden müssen, wobei lediglich eine Quelle für Schweißenergie erforderlich ist. Dies erleichtert die Montage durch ungelernte Kräfte sowie auch eine vollautoma­ tisierte Montage.

Schließlich sei erwähnt, daß der Aufbau der Batterieeinheit die Verwendung von Batteriezellen mit großen Abmessungstole­ ranzen ermöglicht, da diese fest im Gehäuse positioniert werden. Infolgedessen ergeben sich keine Verlagerungen durch Vibrationen, wodurch ebenfalls die Zuverlässigkeit der Batterieeinheit erhöht wird.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung einer Batterieinheit mit mehreren aufladbaren Batterien, dadurch gekennzeich­ net, daß in ein Gehäuse (100) aus elektrisch isolieren­ dem Material mit einer Bodenwand (108) und einem oberen offenen Ende, bei dem die Bodenwand (108) zwei Zugangsöffnungen (109, 110) und in gegenüberliegende Seitenwände (104, 105) des Gehäuses (100) benachbart zur Bodenwand (108) Öffnungen (123) aufweisen, durch die Öffnungen (123) in den Seitenwänden (104, 105) Kontaktflansche (64) von zwei Kontaktstreifen (60) eingesetzt werden, so daß sich die Kontaktflansche parallel zur Bodenwand (108) und oberhalb der Zugangs­ öffnungen (109, 110) erstrecken und ein Teil (61) jedes Kontaktstreifens (60) sich außerhalb des Gehäu­ ses (100) befindet, daß durch das offene Ende des Gehäuses (100) mehrere Batteriezellen (10) in dieses eingesetzt und ein positiver Pol (12) einer der Batteriezellen (10) in Berührung mit einem der Kontakt­ flansche (64) und ein negativer Pol (13) einer anderen Batteriezelle (10) in Berührung mit dem anderen Kon­ taktflansch (64) gebracht wird, daß das offene Ende mit einem Deckel (50) verschlossen und dieser am Gehäuse (100) befestigt wird, so daß er die Batterie­ zellen (10) in Richtung auf die Bodenwand (108) drückt und ihre positiven und negativen Pole (12, 13) in festen Eingriff mit den Kontaktflanschen (64) bringt, und daß die Kontaktflansche (64) durch Zufuhr von Wärme durch die Zugangsöffnungen (109, 110) mit den Polen (12, 13) verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel (50) mit sich in das Gehäuse (100) erstreckenden, verformbaren Vorsprüngen (52) aus elek­ trisch isolierendem Material verwendet wird und daß der Deckel (50) vor seiner Befestigung am Gehäuse (100) gegen dieses gedrückt wird, um die Vorsprünge (52) zu verformen, die die Batteriezellen (10) gegen die Bodenwand (108) drücken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Kontaktstreifen (60) einen durch einen Steg (61) vom Kontaktflansch (64) getrennten kürzeren, zweiten Flansch (62) aufweist und daß die zweiten Flansche (62) durch weitere Öffnungen (122) in den gegenüberliegenden Seitenwänden (104, 105) eingeführt werden, wobei die Stege (61) im Gehäuse (100) nach außen freiliegend gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (123, 122) paarweise in Aussparungen (120) in den Seitenwänden (104, 105) vorgesehen sind und daß die Stege (61) während des Einsetzens der Kontaktflansche (64) und der zweiten Flansche (62) in die Aussparungen (120) eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktflansche (64) und die zweiten Flansche (62) Vorsprünge (65, 63) aufweisen und daß die Vorsprünge (65, 63) über die Innenkanten der Öffnungen (123, 122) gebracht werden, um die Kontakt­ streifen (60) im Gehäuse (100) zu befestigen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr einen Schweiß- oder Lötvorgang umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (50) durch Ultraschall­ schweißung am Gehäuse (100) befestigt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriezellen (10) in einer Reihenanordnung aus zwei parallelen Reihen angeordnet und in dieser Anordnung in das Gehäuse (100) einge­ setzt werden.

9. Batterieeinheit mit einem Gehäuse (100) mit Bodenwand (108), einander gegenüberliegenden Seitenwänden (104, 105) und einem oben offenen Ende, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Bodenwand (108) zwei Zugangsöffnungen (109, 110) und in den gegenüberliegenden Seitenwänden (104, 105) benachbart zur Bodenwand (108) jeweils eine Öffnung (123) vorgesehen sind, daß im Gehäuse (100) mehrere, in Reihe geschaltete, aufladbare Batteriezel­ len (100) vorgesehen sind, die mit entgegengesetzten Polen (12, 13) der Reihenanordnung mit den Zugangsöff­ nungen (109, 110) fluchtend benachbart zur Bodenwand (108) liegen, daß zwei Kontaktstreifen (61) mit jeweils einem außerhalb des Gehäuses (100) liegenden Bereich (61) und einem sich durch jeweils eine der Öffnungen (123) erstreckenden Kontaktflansch (64) vorgesehen sind, wobei sich jeder Kontaktflansch (64) parallel zur Bodenwand (108) und über eine der Zugangsöffnungen (109, 110) erstreckt sowie starr an einem der Pole (12, 13) befestigt ist, und daß das obere Ende des Gehäuses (100) mit einem am Gehäuse (100) befestigten Deckel (50) verschlossen ist, der die Reihenanordnung von Batteriezellen (10) in Rich­ tung auf die Kontaktflansche (64) drückt.

10. Batterieeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktflansche (64) durch Schweißung starr an den Polen (12, 13) befestigt sind.

11. Batterieeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktflansche (64) an den Polen (12, 13) angelötet sind.

12. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (50) verform­ bare Vorsprünge (52) aus elektrisch isolierendem Material aufweist, die sich in das Gehäuse (100) erstrecken und unter Verformung an den Batteriezellen (10) anliegen, um die Batteriezellen in Richtung auf die Bodenwand (108) zu drücken.

13. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstreifen (60) jeweils einen durch einen Stegbereich (61) vom Kontakt­ flansch (64) getrennten zweiten, kürzeren Flansch (62) aufweisen, die sich durch weitere Öffnungen (122) in den Seitenwänden (104, 105) des Gehäuses (100) in dieses erstrecken, wobei die Stegbereiche (61) nach außen frei liegen.

14. Batterieeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnungen (123, 122) paarweise in Aussparungen (120) in den Seitenwänden (104, 105) liegen und daß sich die Stegbereiche (61) in den Aussparungen (120) befinden.

15. Batterieeinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflansche (64) und die zweiten Flansche (62) Vorsprünge (65, 63) tragen, die über Kanten der Öffnungen (123, 122) greifen, um die Kontaktstreifen (60) am Gehäuse (100) zu verriegeln.

16. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (50) und das Gehäuse (100) aus thermoplastischem Material bestehen und daß der Deckel (50) durch Ultraschallschweißung am Gehäuse (100) befestigt ist.

17. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriezellen (10) in einer Reihenanordnung aus zwei parallelen Reihen angeordnet sind und daß im Gehäuse (100) eine innere Trennwand (111) vorgesehen ist, die das Gehäuse in zwei Aufnahmeräume für jeweils eine Reihe von Batterie­ zellen unterteilt.

18. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktflansch (64) an seinem Ende zwei durch einen länglichen Mittel­ schlitz (66) getrennte, parallele Zungen (68) auf­ weist, von denen jede einen Vorsprung (67) trägt, die in Kontaktberührung mit dem zugehörigen Pol (12, 13) stehen, und daß jeder Kontaktflansch (64) sich unter einem spitzen Winkel bezüglich der zugehörigen Seiten­ wand (104, 105) von dieser nach innen erstreckt.

19. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bodenwand (108) nach innen gerichtete Stützstifte (112) vorgesehen sind, die benachbart zu den Polen (12, 13) in Eingriff mit den Batteriezellen (10) stehen.

20. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (100) entlang der Seitenwände (104, 105) sich erstreckende, asymmetrisch angeordnete Rippen (106, 107) zur richti­ gen Ausrichtung der Batterieeinheit beim Einführen in ein Gerät aufweist und daß das Gehäuse (100) in einem Seitenwandbereich benachbart zur Bodenwand (108) eine Öffnung (140) aufweist, durch die ein Bereich (11) einer der Batteriezellen (10) freiliegt, um ihn in Berührung mit einem Hilfselement, etwa einem Ther­ mistor bringen zu können.