DE3824222A1

DE3824222A1 - Gasdicht verschlossene batterie, insbesondere nickel-kadmium-akkumulatorbatterie

Info

Publication number: DE3824222A1
Application number: DE3824222A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kilb; Klaus D Dipl Chem Ing Degen
Original assignee: Christoph Emmerich GmbH and Co KG
Current assignee: Stross & Co Besitzgesellschaft Allendorf Kg GmbH
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1988-07-16
Publication date: 1989-03-16
Also published as: DE3824222C2; US4882242A

Description

Die Erfindung betrifft eine gasdicht verschlossene Batterie aus einer oder mehreren in Serie und/oder parallel geschalteten galvanischen Elementen, insbesondere eine Nickel-Kadmium- Akkumulatorbatterie, die in Art von Zellen ausgebildete, Elektroden, Scheider und Elektrolyt enthaltende galvanische Elemente ent hält, die in ein gemeinsames gas- und flüssigkeitsdichtes Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Metall, ein gesetzt sind.

Elektrische Batterien dieser Art sind in den verschiedensten Formen bekannt, insbesondere auch in Form von Knopfzellen und zwar sowohl als Pimärelemente als auch als Akkumulatoren.

Bei allen bekannten Batterien dieser Art bestehen besondere Schwierigkeiten im Hinblick auf die Abdichtung des Batteriegehäuses am Batteriedeckel. Besondere Schwierigkeiten bereiten in dieser Hinsicht Nickel-Kadmium-Akkumulatorbatterien, da der bei solchen Akkumulatoren benutzte alkalische Elektrolyt bisher jegliche Dichtungen am Batteriedeckel im Laufe der Zeit mehr oder weniger stark durchsetzt.

Gewisse Abhilfe hat man gemäß DE-OS 35 05 558 dadurch zu schaffen versucht, daß die in der offenen Seite des Batteriegehäuses liegende Zelle mit einer eigenen Stirnwand aus Metall ausge stattet wurde, die mit ihrem Umfangsrand in ein ringförmiges Dichtungselement eingeformt ist. An diesem ringförmigen Dich tungselement wurde eine eigene Dichtungslippe für den Batterie deckel gebildet, die beim Schließen des Batteriegehäuses fest auf den Umfangsrand des Batteriedeckels gepreßt wurde. Trotz dieses erhöhten Aufwandes konnte aber auch hierdurch keine absolut sichere Abdichtung erreicht werden.

Ein weiterer erheblicher Mangel, der allen Batterien der oben genannten Art anhaftet, ist die Notwendigkeit aufwendiger Montage der galvanischen Elemente sowohl beim Zusammensetzen deren Teile wie Elektroden und Scheider sowie Zugabe des Elektrolyts.

Aber auch der Einbau solcher galvanischer Elemente in ein gemeinsames Akkumulatorgehäuse hat bisher erhebliche Schwierig keiten bereitet. Insbesondere im Hinblick auf die Notwendigkeit, allen zusammengefügten Teilen ihre richtige Lage zu geben und beim Zusammenbau bis zum Verschließen des Akkumulatorgehäuses zu bewahren.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Aufbau für gasdicht verschlossene Batterien der eingangs genannnten Art zu schaffen, der einerseits die bisherigen Abdichtungs schwierigkeiten behebt und andererseits die Montage bzw.

den Zusammenbau der in der Batterie enthaltenen Teile und die Zugabe des Elektrolyts wesentlich erleichtert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes in der Batterie enthaltene galvanische Element mit seinen Teilen in ein eigenes, an der Stirnseite offenes Zellengehäuse ein gesetzt ist, das aus einer als Dichtungselement ausgebildeten elektrisch isolierenden Umfangswand und einer an ihrem Umfangs rand gas- und flüssigkeitsdicht in dem einen Endbereich der Umfangswand angebrachten, scheibenförmigen Stirnwand aus elektrisch leitendem Material, insbesondere Metall, gebildet ist, wobei der Stirnrand der Umfangswand an der offenen Seite des Zellen gehäuses in einer Ebene mit der einen stirnseitigen Endfläche der Elementteile, insbesondere der einen Elektrode, abschließt und der Stirnrand der Umfangswand an der geschlossenen Seite des Zellengehäuses mit der Außenfläche der scheibenförmigen Stirn wand des Zellengehäuses in einer Ebene liegt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß jede der zellenartig auf gebauten galvanischen Elemente in dem Zellengehäuse aus seinen Teilen als Einheit zusammengesetzt und mit Elektrolyt versehen werden kann. Sodann kann eine Anzahl solcher im folgenden als Zellen bezeichneten Einheiten je nach gewünschter Elementzahl des Akkumulators übereinander gestapelt und das becherförmige Akkumulatorgehäuse über diesen Stapel von Zellen gesteckt werden.

Diese Stapelbauweise ermöglicht durch einfache Veränderung der Gehäusehöhe die Verwendung von Elementen verschiedener Höhe und somit verschiedener Ladungskapazität. Man erhält hierdurch Flexibilität in der Herstellung verschiedener Typen, d.h. es können mit einer Fertigungseinrichtung ohne mechanische Umrüstung Batterien mit unterschiedlicher Anzahl galvanischer Elemente oder Batterien unterschiedlicher Ladungskapazität, also Batterien mit unterschiedlicher Höhe, gefertigt werden. Die Stapelbauweise bietet auch besondere Sicherheit in der gleich mäßigen optimalen Laugedosierung für jedes Element, da das Stapeln von mehreren gleichgerichteten Elementen eine einfache Lauge dosierung ermöglicht, ohne das Element wenden zu müssen.

Beim Verschließen des Akkumulatorgehäuses wird durch den am Schließrand ausgeübten axialen Druck der Stapel von zellen förmigen Elementen axial zusammengepreßt, wobei einerseits der elektrische Kontakt von Zelle zu Zelle sowie mit dem Gehäuse boden und dem Gehäusedeckel sichergestellt wird und andererseits auch die Gesamtheit der übereinandergesetzten Zellenumfangs wände zu einer sämtliche Elemente dicht verschließenden ring förmigen Säule zusammengepreßt wird. Die zu einer Säule zusammen gepreßten Zellenumfangswände bilden an den stirnseitigen Be rührungsflächen benachbarter Zellengehäuse einen dichten gegen seitigen Abschluß, durch welchen eine sichere Trennung des Elektrolyts von Zelle zu Zelle sichergestellt ist. Zugleich wird eine sichere Abdichtung an der Innenseite des Bodens am Akkumula torgehäuse gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist hierzu, wenn die Umfangswand des Zellengehäuses axial zusammendrückbar aus gebildet ist. Hierdurch lassen sich sämtliche Umfangswände der Zellengehäuse beim Verschließen des Akkumulatorgehäuses um ein gewisses Maß axial zusammendrücken, so daß auch auf lange Zeit ein gleichbleibender Anlagepunkt zwischen den Stirnrändern der einander benachbarten Zellenumfangswände und ein gleichbleibender Dichtungsdruck am Boden des Akkumulatorgehäuses aufrecht erhalten wird.

Durch das Anbringen der Stirnwand des Zellengehäuses in der Umfangswand wird eine genau definierte Lage der in das Zellen gehäuse aufgenommenen Teile, insbesondere der Elektroden und des Scheiders bzw. der Scheider, bereits vor dem Zusammensetzen der Zelle vorgebildet. Es ist auf diese Weise sichergestellt, daß bei der Montage genau gleiche Lagerung der Elektroden und des Scheiders bei allen Zellen besteht.

Bevorzugt besteht die Umfangswand des Zellengehäuses aus nach giebigem, gegenüber dem Elektrolyt chemisch resistentem Kunst stoff, beispielsweise Polyamid. Bei Bildung der Umfangswand des Zellengehäuses durch Formen ist es besonders vorteilhaft, den Umfangsrand der Stirnwand unmittelbar in die Umfangswand des Zellengehäuses einzuformen. Beispielsweise kann die Umfangswand durch Spritzgießen in Art eines Ringes gebildet sein, der um den Umfangsrand der Stirnwand des Zellengehäuses geformt ist.

Bevorzugt besteht die Umfangswand des Zellengehäuses in ihrer Gesamtheit aus einem für Dichtungselemente geeigneten Kunststoff und ist in ihren Stirnrändern direkt als Dichtungselement ausge bildet. Es ist jedoch auch denkbar, die Umfangswand des Zellen gehäuses an ihren Stirnrändern mit je einem ringförmigen Dich tungselement aus gegenüber dem Elektrolyt resistenten Kunststoff zu versehen, das mit der Umfangswand fest und dicht verbunden ist. Um das gegenseitige Stapeln und gegenseitige Abdichten der Zellen-Umfangswände zu verbessern, kann an der scheiben förmigen Stirnwand des Zellengehäuses ein ringförmiger, axial zurückversetzter Umfangsbereich gebildet sein, der mit seinem Umfangsrand in die aus Kunststoff bestehende Umfangswand mit einem Abstand vonderen Stirnrand eingeformt ist. Zur Verbesserung der elektrischen Kontakte empfiehlt es sich, die scheibenförmige Stirnwand des Zellengehäuses mit in die eine Elektrode des in ihm angebrachten galvanischen Elements eingreifenden Kontakt vorsprüngen zu versehen.

Zum Ausgleich von Höhendifferenzen der einzelnen Elemente kann bei festgelegter Gesamthöhe der Batterie die Verwendung eines Federelementes im Inneren des Batteriegehäuses vorgesehen sein.

Bei becherförmiger Ausbildung des Batteriegehäuses kann in der aus DE-35 05 558 A1 bekannten Weise der scheibenförmige Batterie deckel über die in der Öffnung des Batteriegehäuses liegende Zellen-Stirnwand gelegt und mittels Dichtungsring an dem zum Verschließen der Batterie einwärts umgelegten Öffnungs rand des Batteriegehäuses eingeklemmt werden. Schon allein diese Verschlußweise und Abdichtungsweise stellt in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Aufbau mit für jedes zellenartige Element eigenem Zellengehäuse einen wesentlichen Fortschritt dar, weil schon allein die Zellenumfangswände einen praktisch hermetischen Abschluß zwischen den galvanischen Elementen und dem Batterie gehäuse für den Elektrolyt bilden. Eine weitere Verbesserung läßt sich jedoch noch dadurch erreichen, daß der scheibenförmige Batteriedeckel an der Zellenaußenseite der an der offenen Seite des becherförmigen Batteriegehäuses angeordneten Zelle über die Zellen-Stirnwand gelegt und mit seinem Umfangsrand in die Umfangswand dieser Zelle eingeformt ist, so daß dann der Öffnungs rand des Batteriegehäuses einwärts über den Stirnrand der Zellen umfangswand dieser an der Öffnung des becherförmigen Batterie gehäuses angeordneten Zelle umgelegt ist. Diese Anbringungsweise des Batteriedeckels ergibt einen völlig hermetischen Abschluß des Batteriegehäuses, wenn zugleich auch der Stirnrand der Zellenumfangswand an der offenen Seite desjenigen Zellengehäuses, das auf dem Boden des Batteriegehäuses angeordnet ist, dichtend auf die Innenseite des Becherbodens des Batteriegehäuses gesetzt und gepreßt ist.

Zur Gewährleistung sicherer elektrischer Kontakte zwischen den galvanischen Elementen und dem Batteriegehäuse empfiehlt es sich im Rahmen der Erfindung, daß der Batteriedeckel des Batterie gehäuses mit der Stirnwand der ihn tragenden Zelle verschweißt ist, während die an der offenen Seite des Zellengehäuses liegen de Elektrode des für den Boden des Batteriegehäuses sitzenden galvanischen Elementes in Berührung und elektrischem Kontakt mit der Innenfläche des Becherbodens des Batteriegehäuses gedrückt ist.

Die Erfindung ermöglicht es, den inneren Aufbau der zellen artigen Elemente den gewünschten Anwendungsfällen entsprechend zu wählen. Im Normalfall wird ein gemäß der Erfindung ausgebil detes zellenartiges Gehäuse zwei Elektrodenplatten, nämlich eine positive Elektrode und eine negative Eleketrode und einen den Elektrolyt zwischen beiden Elektroden haltenden Scheider enthalten. Die Entladekapazität eines solchen Elements, beispielsweise Nickel-Kadmium-Akkumulators, wird dabei im wesentlichen durch das Volumen der Elektroden bestimmt und der augenblicklich ver fügbare Entladestrom durch die dem Elektrolyt vom Scheider her zugängliche Elektrodenoberfläche. Für manche Anwendungsfälle ist es erwünscht, unter Beibehaltung im wesentlichen gleicher Entladekapazität den augenblicklich verfügbaren Entladestrom wesentlich zu erhöhen. Hierzu bietet sich im Rahmen des erfin dungsgemäßen Zellenaufbaus der Batterie die vorteilhafte Möglichkeit, zwei oder mehr Paare von Elektroden unter Parallelschaltung der gleichpoligen Elektroden in einem Zellengehäuse zu vereinigen. Der Innenraum des Zellengehäuses bestimmt dabei im wesentlichen das Volumen der Elektroden. Mit der Aufteilung der Elektroden in zwei oder mehr Paare wird jedoch die dem Elektrolyt zugängliche Elektrodenoberfläche erheblich vergrößert. Bei diesem grundsätz lichen Aufbau mit zwei oder mehr Paaren von Elektroden können in vorteilhafter Weise die Elektroden in gleichgerichteter Folge in den Paaren angeordnet sein, wobei zwischen den unterschied lichen Paaren angehörenden ungleichpoligen Elektroden ein scheibenförmiges elektrisches Isolationselement eingelegt ist. Dieses scheibenförmige elektrische Isolationselement gewährleistet die erforderliche elektrische Isolation zwischen den Paaren von Elektroden, also zwischen den parallel geschalteten elektrischen Teilelementen. Eine Abtrennung des Elektrolyts zwischen den parallel geschalteten elektrischen Teilelementen einer Zelle ist normalerweise nicht erforderlich und in manchen Fällen sogar unerwünscht. Dadurch bildet nach wie vor die zwei oder mehr parall geschaltete elektrische Teilelemente enthaltende Zelle eine Einheit, der sämtliche im Rahmen der Erfindung erzielten Vorteile zukommen.

Eine andere Möglichkeit für die Variation der Batterie zur Beibehaltung der Entladekapazität, aber zur Fähigkeit,wesentlich erhöhten augenblicklichen Entladestrom zu liefern, besteht darin, daß im Inneren eines vom Zellengehäuse aufgenommenen zellenartigen Elements zu beiden Seiten einer im wesentlichen mittig angeordneten Elektrodenplatte über je einen Elektrolyt enthaltenden Scheider je eine Elektrodenplatte anderer Polarität angesetzt ist, wobei die mittige Elektrodenplatte elektrisch mit einer an einer Stirnseite des zellenartigen Elements ange ordneten, gegenüber den Elektrodenplatten anderer Polarität elektrisch isolierten Kontaktplatte verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine aus drei in Serie geschalteten Nickel- Kadmium-Akkumulatoren gebildete gasdicht ver schlossene erfindungsgemäße Batterie in axialem Schnitt;

Fig. 2 einen Teilbereich 2 der Fig. 1 bei noch nicht verschlossenem Akkumulatorgehäuse;

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Akkumulators in noch unverschlossenem Zustand in axialem Teilschnitt;

Fig. 4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akku mulators mit zwei Paaren von Elektrodenplatten in jedem zellenartigen Akkumulatorelement, axial geschnitten und

Fig. 5 eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Akkumulatorbatterie in axialem Teilschnitt.

Im Beispiel der Fig. 1 und 2 ist jedes der drei galvanischen Elemente 1 a, 1 b und 1 c ein Nickel-Kadmium-Akkumulator mit einer negativen Elektrode 2 a, 2 b, 2 c, einer positiven Elektrode 3 a, 3 b, 3 c und einem Scheider 4 a, 4 b, 4 c. Sämtliche drei Elemente 1 a, 1 b, 1 c sind als Zellen 5 a, 5 b, 5 c aufgebaut und weisen dement sprechend eine Zellenumfangswand 6 a, 6 b und 6 c auf sowie eine Zellen-Stirnwand 7 a, 7 b, 7 c. Die Stirnwand 7 a, 7 b, 7 c ist an ihrem Umfangsbereich axial nach unten zurückversetzt und mit ihrem Umfangsrand 8 a, 8 b, 8 c von der Innenseite her in die ring förmige Zellenumfangswand 6 a, 6 b, 6 c eingeformt. Hierdurch wird ein im wesentlichen schalenförmiges Zellengehäuse gebildet, das an einer Stirnseite offen ist, und zwar der später in der Batterie unteren Stirnseite. Die Zellenumfangswand 6 a, 6 b, 6 c ist dabei in ihrer axialen Länge so ausgebildet, daß sie an ihrer an der offenen Seite des Zellengehäuses liegenden Stirnkante 9 a, 9 b, 9 c mit der an der offenen Stirnseite des Zellengehäuses liegenden Fläche der positiven Elektrode 3 a, 3 b, 3 c abschließt. An der geschlossenen Seite des Zellengehäuses erstreckt sich die Umfangs wand 6 a, 6 b, 6 c über die Einformungsstelle der Zellenstirn wand hinaus bis in eine Ebene, die mit der äußeren Fläche der Zellenstirnwand 7 a, 7 b, 7 c abschließt. Auf diese Weise setzen sich beim Übereinanderstapeln der zusammengesetzten Elemente 1 a, 1 b, 1 c die Zellenumfangswände 6 a, 6 b, 6 c dichtend aufeinander.

Die für das offene Ende des Akkumulatorgehäuses 10 vorgesehene Zelle 5 a trägt den Akkumulatordeckel 12, der ähnlich wie die Zellenstirnwand 7 a einen axial zurückversetzten, ringförmigen Umfangsbereich aufweist und ebenfalls mit seinem Umfangsrand 13 in die Zellenumfangwand 6 a dieser äußersten Zelle 5 a eingeformt ist. Der Akkumulatordeckel 12 ist - wie bei 14 angedeutet - durch Punktschweißen fest mit der Stirnwand 7 a der Zelle 5 a verbunden. Die Stirnwand 7 a, 7 b und 7 c der Zellen sind in ihrem Flächen bereich mit einwärts vorstehenden Kontaktvorsprüngen 15 versehen, die jeweils in die in die Zelle eingesetzte negative Elektrode 2 a, 2 b, 2 c eingreifen.

Zum Zusammenbau einer dargestellten Akkumulatorbatterie werden zunächst die Gehäuse der Zellen 5 a, 5 b und 5 c mit ihrer offenen Seite nach oben gerichtet. Es werden dann die negativen Elek troden 2 a, 2 b, 2 c, die Scheider 4 a, 4 b, 4 c und die positiven Elektroden 3 a, 3 b, 3 c eingesetzt. Es wird dann die erforderliche Elektrolytmenge eingegeben. In dieser Stellung mit der jeweiligen Stirnwand 7 a, 7 b, 7 c nach unten werden dann die für eine Batterie vorgesehenen Elemente 1 a, 1 b, 1 c übereinander gestapelt. Über diesen Stapel wird das Batteriegehäuse 11 von oben her gesteckt bis die positive Elektrode 3 c der Zelle 1 c auf den Boden 11 des Batteriegehäuses 10 gelangt. Die Zellen 5 a, 5 b, 5 c werden nunmehr im Inneren des Batteriegehäuses 10 maximal zusammengedrückt und es wird der Umfangsrand 16 des Batteriegehäuses 10 über die Stirn kante der Zellenumfangswand 6 a der äußersten Zelle 5 a nach ein wärts gebördelt, so daß die Zellen 5 a, 5 b und 5 c in zusammenge preßtem Zustand gehalten werden. In diesem Zustand sind die ring förmigen Umfangswände 6 a, 6 b und 6 c mit ihren Stirnkanten 9 a, 9 b und 9 c sowie 9 d und 9 e fest und dicht gegeneinander und gegen die Innenfläche des Batteriegehäusebodens 11 sowie gegen den umgebördelten Rand 16 gepreßt, so daß ein hermetischer Abschluß des Batteriegehäuses gewährleistet ist. Ebenso ist der elektrische Kontakt zwischen den Elementen 1 a, 1 b, 1 c sowie zum Boden 11 des Batteriegehäuses und dem Deckel 12 des Batterie gehäuses gewährleistet.

Fig. 2 zeigt einen Randabschnitt eines in Herstellung befind lichen Nickel-Kadmium-Akkumulators gemäß Fig. 1 der Umfangs wand des Deckels in noch nicht gasdicht verschlossenem Zustand.

Die Umfangswand des Batteriegehäuses 11 ist am Öffnungsrand noch nicht umgebördelt. Jedoch sind die Zellen 5 a, 5 b (5 c nicht sicht bar) bereits in das Batteriegehäuse eingeführt. Von dem in Fig. 2 gezeigten Zustand aus wird der Stapel von zellenartigen Elementen axial zusammengedrückt und dann der Umfangsrandbereich des Batteriegehäuses 11 einwärts umgebördelt und in die freie ringförmige Stirnfläche 9 b der Zellenumfangswand 6 a eingepreßt, um den in Fig. 1 gezeigten gas- und flüssigkeitsdichten Zustand der Batterie zu erhalten.

Im Beispiel der Fig. 3 wird von gleichem Grundaufbau der Zellen 5 a, 5 b, 5 c wie im Beispiel der Fig. 1 und 2 ausge gangen. Jedoch ist im Beispiel gemäß Fig. 3 eine Abwandlung am Zellengehäuse dahingehend vorgenommen, daß die Zellenumfangs wand 6 a′, 6 b′, 6 c′ an dem die Zellenstirnwand 7 a, 7 b, 7 c tragenden axialen Ende eine innere Ringnut 17 und am offenen stirnseitigen Ende ebenfalls eine innere Ringnut 18 aufweist. Zwischen den benachbarten Zellen ist in die Ringnut 18 der einen Zelle und die Ringnut 17 der anderen Zelle ein ringförmiges Dichtungselement 19 eingesetzt, das die aufeinandergesetzten Stirnflächen der benachbarten Zellenumfangswände 5 a, 5 b bzw. 5 b, 5 c übergreift. Bei der untersten Zelle 5 c ist in die innere Ringnut 18 ein ringförmiges Dichtungselement 20 aufgesetzt, das sich auf die innere Bodenfläche des Batteriegehäuses 11 aufsetzt. Diese ringförmigen Dichtungselemente 19 und 20 bestehen aus elastomerem, gegenüber dem Elektrolyt resistentem Kunststoff. Bei der an der offenen Seite des Batteriegehäuses 11 liegenden Zelle 5 a dient die innere Ringnut 17 zur Aufnahme des Umfangsrandes 13 am Batteriedeckel 12. Wie Fig. 3 zeigt, kann bevorzugt dieser Umfangsrand 13 mit einer Umschichtung 21 versehen sein, die aus elastomerem, gegenüber dem Elektrolyt resistentem Kunststoff bestehen kann. Um einen sicheren elektrischen Kontakt zu erhalten, kann bevorzugt zwischen der Zellenstirnwand 7 a und dem Batterie deckel 12 ein Federelement 22 eingelegt sein, das beispielsweise als gewellter Federring ausgebildet sein kann.

Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, daß die Zellenumfangswand 6 a′, 6 b′, 6 c′ und damit das Zellengehäuse sämtlicher Zellen 5 a, 5 b, 5 c gleich ausgebildet ist. Für einen Batterietyp sind daher nur noch Zellen ein und derselben Art vorzusehen.

Beim Schließen des in Fig. 3 noch in geöffnetem Zustand gezeigten Batteriegehäuses 11 wird zunächst der Stapel von Zellen 5 a, 5 b, 5 c axial zusammengedrückt. Da der außerhalb der inneren Ringnuten 17 und 18 befindliche ringförmige Steg der Zellen umfangswand 6 a′, 6 b′, 6 c′ relativ dünn ist, wird die Zellen umfangswand 6 a′, 6 b′, 6 c′ in vermehrtem Maße im Bereich dieser Stege zusammengestaucht, so daß die ringförmigen Dichtungselemente 19 und 20 den für sichere Abdichtung geeigneten axialen Druck erhalten. Beim Schließen des Batteriegehäuses 11 folgt auf dieses axiale Zusammendrücken der Elemente 5 a, 5 b, 5 c ein Einwärts bördeln und Anpressen des freien Öffnungsrandes des Batterie gehäuses. Dabei wird der die innere Ringnut 17 umgebende dünne Steg der Zellenumfangswand 6 a′ glatt gegen die Außenfläche der Umschichtung 21 am Umfangsrand 13 des Batteriedeckels 12 gelegt und diese Umschichtung sowie der Steg der Zellenumfangswand 6 a′ fest aufeinander gepreßt und ineinander verformt. Es kommt dadurch zu einem sicheren gas- und flüssigkeitsdichtem Verschluß am Umfang des Batteriedeckels 12. Zugleich wird das Federelement 22 gespannt und dadurch auch die elektrische Kontaktgabe sowohl zwischen dem Batteriedeckel 12 und der Zellenstirnwand 7 a sowie auch zwischen den Elektroden der zellenförmigen Elemente und sämtlichen Zellenstirnwänden 7 a, 7 b, 7 c und der sichere elektrische Kontakt zwischen der positiven Elektrode 3 c des zellenförmigen Elements 5 c mit der Innenfläche des Gehäusebodens gewährleistet. Das Federelement 22 gewährleistet, daß dieser für den elektrischen Kontakt wichtige Auflagedruck über lange Zeit praktisch unver ändert erhalten bleibt.

Im Beispiel der Fig. 4 ist ausgehend von gleichem Aufbau des Zellengehäuses wie im Beispiel der Fig. 1 und 2 eine abge wandelte Ausbildung der Akkumulatorenelemente 1 a′, 1 b′, 1 c′ vor gesehen. Hiernach weist jedes der Akkumulatorelemente 1 a′, 1 b′, 1 c′ eine an der Innenseite der jeweiligen Zellenstirnwand 7 a, 7 b, 7 c anliegende erste negative Elektrode 2 a ₁, 2 b ₁, 2 c ₁ auf. Diese erste negative Elektrode bildet mit einer etwa mittig im Zellengehäuse angeordneten plattenförmigen ersten positiven Elektrode 3 a ₁, 3 b ₁, 3 c ₁ ein erstes Elektrodenpaar, das einen ersten Scheider 4 a ₁, 4 b ₁, 4 c ₁ enthält, so daß dieses Elektroden paar ein vollständiges Akkumulatorelement bildet, das nur einen Teil des Zellengehäuses einnimmt und deshalb in diesem Zusammen hang als "Teilelement" bezeichnet wird. Dieses Teilelement ist nach der offenen Seite des Zellengehäuses hin durch eine elek trische Isolatorplatte 25 abgedeckt. Bevorzugt ist diese Isolator platte 25 folienförmig und besteht aus gegenüber dem Elektrolyt resistentem Kunststoff. Die Isolatorplatte 25 stellt die elek trische Isolation zwischen der positiven Elektrode 3 a ₁, 3 b ₁, 3 c ₁ und der an der zweiten Seite der Isolatorplatte 25 ange setzten negativen Elektrode 2 a ₂, 3 a ₂, 4 a ₂ des zweiten Elektroden paares dar. Die Bildung einer Abdichtung für den Elektrolyt wird mit der Isolatorplatte 25 nicht angestrebt. Vielmehr soll der Elektrolyt im gesamten Innenraum des Zellengehäuses wandern können.

Die im mittleren Bereich des Zellengehäuses angeordnete platten förmige zweite negative Elektrode 2 a ₂, 2 b ₂, 2 c ₂ bildet jeweils mit einer an der offenen Seite des Zellengehäuses angeordneten, plattenförmigen zweiten positiven Elektrode 3 a ₂, 3 b ₂, 3 c ₂ ein zweites Elektrodenpaar und einem dazwischen angeordneten zweiten Scheider 4 a ₂, 4 b ₂, 4 c ₂ ein zweites Teilelement. Die beiden Teilelemente sind parallel geschaltet und zwar durch von der ersten negativen Elektrode 2 a ₁, 2 b ₁, 2 c ₁ zur zweiten Elektrode 2 a ₂, 2b ₂, 2c ₂ führende, elektrisch isolierte elektrische Leiter 26 und von der ersten positiven Elektrode 3 a ₁, 3 b ₁, 3 c ₁ zur zweiten positiven Elektrode 3 a ₂, 3 b ₂, 3 c ₂ führende isolierte elektrische Leiter 27.

Da das Gesamtvolumen der in einem Zellengehäuse untergebrachten negativen Elektroden 2 a ₁, 2 a ₂ bzw. 2 b ₁, 2 b ₂ bzw. 2 c ₁, 2 c ₂ dem Volumen der negativen Elektrode 2 a bzw. 2 b bzw. 2 c der Ausführungs form gemäß Fig. 1 entspricht und gleiches Verhältnis auch für die positiven Elektroden gilt, ist die Entladekapazität eines Akkumulators nach Fig. 4 etwa gleich derjenigen eines Akkumula tors nach Fig. 1 (vorausgesetzt gleiche Typengröße). Jedoch sind die sich über die Scheider einander gegenüberliegenden flächen der negativen Elektroden und positiven Elektroden bei einem Akkumulator mit Aufbau gemäß Fig. 4 wesentlich vergrößert.

Hierdurch kann ein Akkumulator mit Aufbau gemäß Fig. 4 wesent lich verstärkte augenblickliche elektrische Ströme gegenüber einem Akkumulator mit Aufbau gemäß Fig. 1 aufbringen.

Ein weiteres Beispiel für abgewandelten inneren Aufbau der Akkumulatorelemente 1 a′′, 1 b′′, 1 c′′ ist in Fig. 5 wiederge geben. In der dort gezeigten Ausführungsform sind im Inneren jedes Zellengehäuses zwei negative Elektrodenplatten 2 a′, 2 a′′ bzw. 2 b′, 2 b′′ bzw. 2 c′, 2 c′′ untergebracht. Die eine negative Elektrodenplatte 2 a′, 2 b′, 2 c′ liegt an der Innenseite der Gehäuse stirnwand 7 a, 7 b, 7 c, während die zweite negative Elektrodenplatte 2 a′′, 2 b′′, 2 c′′ an der offenen Seite des Elektrodengehäuses ange ordnet ist. Zwischen den beiden negativen Elektrodenplatten ist eine positive Elektrodenplatte 3 a′, 3 b′, 3 c′ vorgesehen, deren elektrische Entladekapazität derjenigen von der Summe beider negativen Elektroden 2 a′, 2 a′′ bzw. 2 b′, 2 b′′ bzw. 2 c′, 2 c′′ ange paßt ist. Die positive Elektrodenplatte 3 a′, 3 b′, 3 c′ trägt an beiden Seiten einen Scheider 4 a′, 4 a′′, 4 b′, 4 b′′ bzw. 4 c′, 4 c′′. Die negativen Elektrodenplatten 2 a′ und 2 a′′ bzw. 2 b′ und 2 b′′ 2 c′ und 2 c′′ sind über isolierte elektrische Leiter 26′ mitein ander verbunden, also parallel geschaltet. Um das Potential der positiven Elektrodenplatte 3 a′, 3 b′, 3 c′ an der offenen Seite jedes Zellengehäuses verfügbar zu machen, ist in die offene Seite jedes Zellengehäuses eine Kontaktplatte 28 eingelegt, die mit einem elektrischen Isolator 25′ gegenüber der im Bereich der offenen Seite des Zellengehäuses angeordneten negativen Elektrodenplatte 2 a′′, 2 b′′, 2 c′′ elektrisch isoliert ist. Diese Kontaktplatte 28 ist jeweils über einen isolierten elektrischen Leiter 27′ mit der positiven Elektrodenplatte 3 a′ bzw. 3 b′ bzw. 3 c′ verbunden. Da beim Aufbau der Akkumulatorelemente im Beispiel der Fig. 5 zwischen der im Öffnungsbereich des Zellengehäuses angeordneten negativen Elektrodenplatte 2 a′′, 2 b′′, 2 c′′ und der jeweiligen Kontaktplatte 28 und der jeweiligen Zellenstirnwand 7 a bzw. 7 b bzw. 7 c ein hoher elektrischer Spannungsgradient zu erwarten ist, empfiehlt es sich, die elektrische Isolation 25′ der Kontaktplatte 28 um deren Umfangsrand herumzuführen und zugleich als Abdichtung für den Elektrolyt an der offenen Seite des Zellengehäuses auszubilden. Beispielsweise kann hierzu die elektrische Isolation 25′ als einseitige, über den Umfangsrand greifende Beschichtung der Kontaktplatte 28 ausgebildet sein.

Auch im Beispiel der Fig. 5 kann bei gleicher Typengröße eine solche Abstimmung der elektrischen Entladekapazität vorgenommen werden, daß diese etwa gleich derjenigen einer Akkumulatorbatterie mit Aufbau gemäß Fig. 1 ist. Auch bei Aufbau nach Fig. 5 wird die Akkumulatorbatterie befähigt, höheren augenblicklichen elektrischen Strom abzugeben als eine Akkumulatorbatterie mit Aufbau gemäß Fig. 1.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird ein im wesentlichen zylindrisches Batteriegehäuse 11 vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, dem Batteriegehäuse 11 jegliche andere gewünschte Quer schnittsform zu geben, beispielsweise oval oder quadratisch mit abgerundeten Eckbereichen oder rechteckig mit abgerundeten Eck bereichen. Die Zellenumfangswand 6 a, 6 b, 6 c bzw. 6 a′, 6 b′ sowie auch die Zellenstirnwand 7 a, 7 b, 7 c ist ohne weiteres mit der dem Batteriegehäuse 10 jeweils angepaßten Querschnittsform auszubilden. Allerdings sind in solchen Fällen die in der Querschnittsform vorkommenden Wölbungen bzw. Eckbereiche mit ausreichend großem Wölbungsradius auszubilden, um ein sicheres Umbördeln und Abdichten gegenüber dem Batteriedeckel 12 auch in den Eckbereichen zu gewährleisten.

Bezugszeichenliste

1 a, 1 b, 1 c Akkumulatorelement
2 a, 2 b, 2 c negative Elektrode
2 a′, 2 b′, 2 c′ negative Elektrode
2 a′′, 2 b′′, 2 c′′ Elektrodenplatte (negative Elektrode)
2 a₁, 2 b₁, 2 c₁ negative Elektrode
2 a₂, 2 b₂, 2 c₂ negative Elektrode
3 a, 3 b, 3 c postive Elektrode
3 a′, 3 b′, 3 c′ positive Elektrode
3 a₁, 3 b₁, 3 c₁ positive Elektrode
3 a₂, 3 b₂, 3 c₂ positive Elektrode
4 a, 4 b, 4 c Scheider
4 a′, 4 b′, 4 c′ Scheider
4 a′′, 4 b′′, 4 c′′ Scheider
4 a₁, 4 b₁, 4 c₁ Scheider
4 a₂, 4 b₂, 4 c₂ Scheider
5 a, 5 b, 5 c Zellen
6 a, 6 b, 6 c Zellenumfangswand
6 a′, 6 b′, 6 c′ Zellenumfangswand
7 a, 7 b, 7 c Zellenstirnwand
8 a, 8 b, 8 c Umfangsrand
9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e Stirnkante
10 Batteriegehäuse
11 Boden des Batteriegehäuses
12 Batteriedeckel
13 Umfangsrand
14 Punktschweißen
15 Kontaktvorsprünge
16 Rand
17 innere Ringnut
18 innere Ringnut
19 ringförmiges Dichtungselement
20 ringförmiges Dichtungselement
21 Umschichtung
22 Federelement
25 Isolierplatte
25′ Isolierplatte
26 elektrische Leiter
27 elektrische Leiter
27′ elektrische Leiter
28 Kontaktplatte

Claims

1. Gasdicht verschlossene Batterie aus einer oder mehreren in Serie und/oder parallel geschalteten galvanischen Elementen, insbesondere Nickel-Kadmium-Akkumulatorbatterie, die in Art von Zellen mit galvanischen Elementen aus Elektroden, Scheider und Elektrolyt aufgebaut und in ein gemeinsames gas- und flüssigkeitsdichtes Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Metall, eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der galvanischen Elemente (1 a, 1 b, 1 c) mit seinen Teilen in ein eigenes, an einer Stirnseite offenes Zellengehäuse (5 a, 5 b, 5 c) eingesetzt ist, das aus einer als Dichtungselement ausgebildeten, elektrisch isolieren den Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) und einer an ihrem Umfangsrand gas- und flüssigkeitsdicht in dem einen Endbereich der Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) angebrachten, scheibenförmigen Stirnwand (7 a, 7 b, 7 c) aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Metall, gebildet ist, wobei der Stirnrand (9 a, 9 b, 9 c) der Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) an der offenen Seite des Zellengehäuses in einer Ebene mit der einen stirnseitigen Endfläche der Elementteile abschließt und der Stirnrand (9 d, 9 e, 9 f) der Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) an der geschlossenen Seite des Zellen gehäuses mit der Außenfläche der scheibenförmigen Stirn wand (7 a, 7 b, 7 c) des Zellengehäuses in einer Ebene liegt.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) des Zellen gehäuses axial zusammendrückbar ausgebildet ist.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) des Zellengehäuses aus nachgiebigem, gegenüber dem Elektrolyt chemisch resistenten Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, besteht.

4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Umfangsrand der Stirnwand (7 a, 7 b, 7 c) unmittelbar in die Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) des Zellengehäuses eingeformt ist.

5. Batterie nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) des Zellengehäuses durch Spritzgießen in Art eines Ringes um den Umfangsrand der Stirnwand (7 a, 7 b, 7 c) herum geformt ist.

6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c) des Zellen gehäuses in ihrer Gesamtheit aus einem für Dichtungselemente geeigneten Kunststoff besteht und an ihren Stirnrändern (9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e, 9 f) direkt als Dichtungselement ausgebildet ist.

7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (6 a′, 6 b′, 6 c′) des Zellengehäuses an ihren Stirnrändern je ein ring förmiges Dichtungselement (19, 20) aus gegenüber dem Elektrolyt resistentem Kunststoff trägt, das mit der Umfangswand fest und dicht verbunden oder dicht in die Umfangswand eingesetzt ist.

8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß an der scheibenförmigen Stirnwand (7 a, 7 b, 7 c) des Zellengehäuses ein ringförmiger, axial zurückver setzter Umfangsbereich gebildet ist, der mit seinem Umfangsrand (8 a, 8 b, 8 c) in die aus Kunststoff bestehende Umfangswand (6 a, 6 b, 6 c; 6 a′, 6 b′, 6 c′) mit einem Abstand von deren Stirnrand (9 d, 9 e, 9 f) eingeformt ist.

9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die scheibenförmige Stirnwand (7 a, 7 b, 7 c) des Zellengehäuses mit in die eine Elektrode (2 a, 2 b, 2 c; 2 a ₁, 2 b ₁, 2 c ₁; 2 a′, 2 b′, 2 c′) des im jeweiligen Zellengehäuse angebrachten galvanischen Elements ein greifenden Kontaktvorsprüngen (15) versehen ist.

10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Batteriegehäuse (10) becherförmig ausgebildet und an seiner offenen Seite eine Zelle (5 a) angeordnet ist, bei der der scheibenförmige Batteriedeckel (12) an der Zellenaußenseite über die Stirnwand (7 a) gelegt und mit seinem Umfangsrand (13) in die Zellenumfangs wand (6 a) eingeformt ist, während der Öffnungsrand (16) des Batteriegehäuses (10) einwärts über den Stirnrand (9 f) der Zellen-Umfangswand (6 a) umgelegt ist.

11. Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnrand (9 c) der Zellen-Umfangswand (6 c) an der offenen Seite des Zellengehäuses an der auf dem Boden (11) des Batteriegehäuses (10) angeordneten Zelle (5 c) dichtend auf die Innenseite des Becherbodens des Batteriegehäuses gesetzt und gepreßt ist.

12. Batterie nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriedeckel (12) mit der Stirnwand (7 a) der ihn tragenden Zelle (5 a) verschweißt ist, während die an der offenen Seite des Zellengehäuses liegende Elektrode (3 c) des auf dem Boden (11) des Batteriegehäuses (10) sitzenden galvanischen Elements (1 c) in Berührung und elektrischem Kontakt mit der Innenfläche des Becher bodens des Batteriegehäuses gedrückt ist.

13. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei oder mehr Paare von Elektroden (2 a ₁, 2 a ₂ . . . 3 a ₁, 3 a ₂ . . .) unter Parallelschaltung der gleich poligen Elektroden (2 a ₁ und 2 a ₂ . . .; 3 a ₁ und 3 a ₂ . . .) in einem Zellengehäuse (5 a, 5 b, 5 c) vereinigt sind.

14. Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in gleichgerichteter Folge in den Paaren angeordnet sind und zwischen den unterschiedlichen Paaren angehörenden ungleichpoligen Elektroden (3 a ₁ und 2 a ₂; 3 b ₁ und 2 b ₂; 3 c ₁ und 2 c ₂) innerhalb desselben Zellen gehäuses (5 a, 5 b, 5 c) ein elektrisches Isolierelement (25) eingelegt ist.

15. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß im Inneren eines vom Zellengehäuse (5 a, 5 b, 5 c) aufgenommenen zellenartigen Elements zu beiden Seiten einer im wesentlichen mittig angeordneten Elek trodenplatte (3 a′, 3 b′, 3 c′) über je einen Elektrolyt enthaltenden Scheider (4 a′, 4 a′′, 4 b′, 4 b′′, 4 c′, 4 c′′) je eine Elektrodenplatte (2 a′, 2 a′′; 2 b′, 2 b′′; 2 c′, 2 c′′) anderer Polarität angesetzt ist, und daß die mittige Elektrodenplatte (3 a′, 3 b′, 3 c′) elektrisch mit einer an iner Stirnseite des zellenartigen Elements angeord neten, gegenüber den Elektrodenplatten (2 a′, 2 b′, 2 c′) elektrisch isolierten Kontaktplatte (28) verbunden ist.