DE4214429B4

DE4214429B4 - Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen

Info

Publication number: DE4214429B4
Application number: DE4214429A
Authority: DE
Inventors: William J. Mcarthur; Donald A. Thompson
Original assignee: Duracell Inc USA
Current assignee: Gillette Co LLC
Priority date: 1991-05-08
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2012-05-01
Also published as: GB9208025D0; GB2255670A; BE1005167A6; DE4214429A1; HK1004037A1; CH683045A5; MX9202009A; JPH05234579A; IT1263122B; FR2676309A1; FR2676309B1; ITTO920383A1; CA2068092A1; ITTO920383A0; CA2068092C; AU646557B2; US5143804A; BR9201695A; AU1516092A; GB2255670B

Abstract

Batterie, welche folgendes enthält:
– einen Behälter, der ein Gehäuse (11) und einen Deckel (12) aufweist;
– eine Anordnung von zylindrischen Zellen (29), von denen jede ein Anodenelement und ein Kathodenelement aufweist, wobei die Zellenanordnung weiterhin aufweist:
eine erste Mehrzahl von Zellen (29A bis 29D), von denen jede eine bestimmte Ausrichtung hat, und die hintereinander gestapelt sind;
eine zweite Mehrzahl von Zellen (29E, 29F), von denen jede ebenfalls eine bestimmte Ausrichtung hat und die benachbart der ersten Mehrzahl von Zellen hintereinander gestapelt sind, wobei die erste und zweite Mehrzahl von Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind;
– eine Anschlußplatte (35) mit einem positiven und eiriem negativen Anschluß (36, 37) zur Bereitstellung externer Verbindungen zu der Batterie, wobei der positive Anschluß (36) mit einem Kathodenelement einer der Zellen in der Anordnung verbunden ist und der negative Anschluß (37) mit einem Anodenelement einer anderen der Zellen in...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Batterien. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie nach dem Oberbegriff des Anspruches sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 11 zur Herstellung einer Batterie mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen.
Anordnungen von elektrochemischen Zellen, die in Serie hintereinander geschaltet sind und in geeigneten Behältern angeordnet sind, um Batterien zu bilden, sind allgemein bekannt. Derartige Anordnungen verwenden beispielsweise elektrochemische Zellen mit chemisch aktiven Substanzen, welche miteinander reagieren, um ein elektrisches Potential zwischen positiven und negativen Anschlüssen zu bilden. Ein Beispiel eines derartigen Zellenaufbaus ist der Metall/Luft-Typ, der in einer konkreten Ausführungsform Zink und Luft als miteinander reagierende Substanzen verwendet.

Ein konkretes Beispiel einer wirksam arbeitenden Batterie unter Verwendung einer Anordnung von Zink/Luft-Zellen ist in der US-PS 4,547,4313 beschrieben. Diese bekannte Batterie verwendet einen Stapel aus zueinander ausgerichteten, in Serie miteinander geschalteten Zellen, welche sich hintereinander entlang der Längserstreckung eines rechteckförmigen parallelwandigen Gehäuses oder Behälters erstrecken. Das Gehäuse beinhaltet eine Mehrzahl von Öffnungen entlang den Seitenwänden für eine Belüftung des Gehäuseinneren, wobei diese Öffnungen vorzugsweise mit einem porösen polymeren Material bedeckt sind, um das Eintreten von Luft in das Gehäuse einerseits zu ermöglichen, jedoch den Eintritt von Wasser oder anderen Materialien andererseits zu verhindern. Die gesamte Anordnung verwendet eine relativ begrenzte Anzahl von Einzelteilen im Vergleich mit bisher bekannten Anordnungen, wobei die Einzelteile sicher und praktisch optimal in ein Standardgrößen-Gehäuse eingebaut bzw. zu diesem zusammengefügt sind, wobei das Gehäuse die üblicherweise bekannten von außen her zugänglichen positiven und negativen Schnapp-Anschlüsse zum Bereitstellen des elektrischen Gesamtpotentials, beispielsweise 9,0 V verwendet, so daß die Batterie in einer Vielzahl von batteriebetriebenen Geräten, beispielsweise Transistorradios oder dergleichen einsetzbar ist.

Obwohl sich derartige bekannte Batterien als durchaus sinnvoll herausgestellt haben, wenn Zink/Luft-Zellen des Typs verwendet werden, die zum Zeitpunkt der Entwicklung dieser Batterien verfügbar waren, ist das spezielle Gehäuse und die Zellenanordnung zur Verwendung mit größeren Zellen höherer Kapazität nicht verwendbar, ohne hierbei die Außenabmessungen des Gehäuses vergrößern zu müssen. Die Gehäuse müssen jedoch eine standardisierte Größe haben, da sie in der Lage sein müssen, in die standardisierten Aufnahmeräume zu passen, welche in üblicherweise batteriebetriebenen Vorrichtungen bereits vorgesehen sind. Daher ist es wünschenswert, eine Batterie zu schaffen, bei der größere Zellen höherer Kapazität in ein Gehäuse standardisierter Größe eingesetzt werden können, um eine Batterie zu schaffen, welche problemlos in batteriebetriebenen Vorrichtungen verwendbar ist und hierbei eine längere Lebensdauer zeigt, ohne daß hierbei die Herstellungskosten und somit die Kosten für Händler und Verbraucher ansteigen. Derartige Batterien sollten auch so ausgelegt sein, daß sie ein effektiveres Milliampere-Stunden/Dollar-Verhältnis als bisher erhältliche Batterien mit Zink/Luft-Zellen haben. Derartige Zellen höherer Kapazität sind jedoch größer als die bisher erhältlichen, da bei den zylindrischen Knopfzellen die Höhen der Zellen größer sind, als die Zellen gemäß der erwähnten US-PS 4,547,438 .

Weiterhin ist es wünschenswert, daß eine Batterie, welche in Serie geschaltete Zink/Luft-Zellen höherer Kapazität verwendet, unter Verwendung weniger Einzelteile herstellbar, mit einfacher zu bedienenden und weniger kostenaufwendigen Fertigungstechniken herstellbar ist als diejenigen, die gemäß der US-PS 4,547,438 hergestellt werden, um so die Gesamtkosten der Batterie zu verringern, als auch Kosten und Zeit für die Herstellung hiervon zu verringern. Eine derart verbesserte Anordnung sollte jedoch weiterhin sämtliche Vorteile der Zink/Luft-Zellen-Anordnungen aufweisen, ohne ir gendwelchen zusätzlichen betriebsmäßigen, herstellungstechnischen oder strukturellen Nachteile zu bieten.

Eine Batterie mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 ist im übrigen aus der US-Patentschrift 777457 bekannt. Eine erste Ausführungsform dieser bekannten Batteriekonstruktion sieht in einem mit einem Gehäusedeckel versehenen Behälter zwei Gruppen von zylindrischen Zellen vor, die mit ihren flachen Oberflächen aneinander anliegen, wobei die zwei Zellengruppen parallel zueinander mit gleicher Ausrichtung in entsprechenden Vertiefungen des Gehäuses und des Deckels untergebracht sind. Eine im Prinzip ähnliche Anordnung einzelner Zellen zur Bildung einer Batterie ist auch aus der deutschen Offenlegungsschrift 2451331 bekannt.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, in Serie geschaltete elektrochemische Zellen erhöhter Kapazität unter Verwendung weniger Einzelteile durch einfache und kostengünstige Fertigungstechniken in solcher Weise zu einer Batterie zusammensetzen zu können, daß für diese Batterie ein Gehäuse bestimmter Außenabmessungen vorgesehen werden kann, das zu standardisierten Aufnahmeräumen batteriebetriebener Einrichtungen paßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Eine weitere Lösung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10 erreicht.

Erreicht wird dies durch eine erfindungsgemäße Batterie gemäß Anspruch 1, sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bildung einer derartigen Batterie, nach Anspruch 11. Gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Batterie eine erste Mehrzahl von Zellen, welche innerhalb eines Kunststoffgehäuses hintereinander gestapelt angeordnet sind, wobei jede Zelle eine erste Ausrichtung hat, sowie eine zweite Mehrzahl von Zellen, von denen jede benachbart der ersten Mehrzahl von Zellen innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine zweite Ausrichtung hat, welche im wesentlichen im rechten Winkel zur ersten Ausrichtung der ersten Mehrzahl von Zellen steht. Die erste und zweite Mehrzahl von Zellen sind unter Verwendung von Kontaktlaschen zusammengefügt, so daß die Zellen insgesamt elektrisch in Serie geschaltet sind. Das Zusammenfügen mittels der Kontaktlaschen findet so statt, daß alle Zellen zunächst in einer hintereinanderliegenden Konfiguration vorliegen. Die zweite Mehrzahl von Zellen wird dann in die gewünschte hierzu senkrecht verlaufende Ausrichtung umgefaltet. Eine standardisierte Anschlußplatten-Konfiguration mit allgemein bekannten Druckknopfanschlüssen zum Anschluß externer Verbraucher an die Batterie wird dann an die gefaltete Stapelanordnung der Zellen ebenfalls mit Kontaktlaschen angeschlossen.

Die gefaltete Konfiguration kann leicht in das Gehäuse eingeführt werden, so daß die einzelnen Zellen sicher in Aufnahmeöffnungen an der inneren Oberfläche der Basis des Gehäuses und an der Innenoberfläche einer Abdeckung des Gehäuses aufgenommen werden. Wenn Zink/Luft-Zellen verwendet werden, weist das Gehäuse vorzugsweise an jedem seiner Enden Öffnungen auf, um den Zutritt von Luft in die Zellen zu ermöglichen, um in Wechselwirkung mit den Zellen das elektrische Potential in jeder Zelle aufzubauen. Verschlüsse an beiden Enden der Abdeckung verschließen die Öffnungen wirksam derart, daß zwar Luft eintreten kann, das Eintreten von Fremdkörpern in das Innere des Gehäuses jedoch verhindert ist.

Eine derartige Zellenanordnung erlaubt die Verwendung eines Gehäuses mit standardisierter Größe, wobei dieses Gehäuse jedoch größere Zellen höherer Kapazität derart aufnehmen kann, daß die Gesamtanordnung weniger Einzelteile als bisher bekannte Batterien benötigt. Die Anordnung ist leicht zusammenzubauen, so daß die Herstellungskosten der endgültigen Batterie verringert werden können, so daß die erhöhten Kosten für die Zellen höherer Kapazität nicht zu höheren Gesamtherstellungskosten führen, so daß weiterhin die erfindungsgemäße Batterie im Vergleich mit denjenigen Batterien, die weniger teure Zellen geringerer Kapazität verwenden, nicht teurer sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie;

2 eine perspektivische Darstellung des Inneren der Abdeckung der Batterie von 1;

3 eine Schnittansicht der Batterie von 1 entlang der Linie 3-3 in 4, wobei die einzelnen Zellen und die Anschlußplatte der Zellenanordnung in dem Gehäuse anordnet sind;

4 eine Schnittdarstellung entlang Linie 4-4 in 3; und

5 bis 12 Darstellungen der aufeinanderfolgenden Herstellungsschritte zur Herstellung der Batterie gemäß 1.

Wie aus den 1 bis 4 hervorgeht, welche eine mögliche Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, unfaßt eine Batterie 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Gehäuseabschnitt 11 und einen Deckelabschnitt 12. Das Gehäuse 11 ist aus einem geeigneten Runststoffmaterial beispielsweise im Spritzguß hergestellt und weist einen äußeren Wandabschnitt 13 und einen zurückgesetzten inneren Wandabschnitt 14 auf. Die innere Bodenfläche des Gehäuses 11 weist eine Mehrzahl von kreissegmentartigen Vertiefungen auf, welche voneinander getrennte konkave Aufnahmeöffnungen oder Nester bilden, in welche eine Anordnung aus einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen einsetzbar ist, wie noch beschrieben werden wird. In der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise vier Vertiefungen 15 vorgesehen, deren kreissegmentartige Oberflächen eine erste Ausrichtung haben und die benachbart eines inneren Seitenwandabschnittes entlang der Längserstreckung des Gehäuses ausgebildet sind und zwei weitere Vertiefungen 16 vorgesehen, deren kreissegmentartige Oberflächen eine zweite Ausrichtung haben, welche senkrecht zu derjenigen der Vertiefungen 15 steht, wobei die Vertiefungen 16 benachbart der gegenüberliegenden inneren Seitenwand sind, wie aus 1 hervorgeht. Teilabschnitte der zylindrischen Außenoberflächen einer jeden Zelle aus einer Mehrzahl von Zellen 29 in einer Zellenanordnung 28 werden in den nestartigen Vertiefungen aufgenommen, wenn die Zellenanordnung 28 in das Gehäuse 11 eingesetzt wird, wie noch beschrieben werden wird.

Gemäß 2 weist die nach innen weisende Oberfläche der Abdeckung 12 den Vertiefungen 15 und 16 im Gehäuse 11 entsprechende Vertiefungen 18 und 19 auf , in welche die entgegengesetzten Abschnitte der zylindrischen Oberflächen der Zellen 29 einsetzbar sind, wenn der Deckel 12 auf das Gehäuse 11 aufgesetzt wird, nachdem die Zellenanordnung 28 in das Gehäuse 11 eingesetzt worden ist. Wenn die Zellen 29 innerhalb des Gehäuses 11 und der Abdeckung 12 zu liegen kommen, werden sie zwischen den Vertiefungen 15 und 16 des Gehäuses 11 und den Vertiefungen 18 und 19 des Deckels 12 sicher gehalten.

Trennstege 20 bzw. 21 sind zwischen den Vertiefungen 15 bzw. 18 ausgebildet, um die einzelnen Zellen voneinander getrennt zu halten, welche in einander benachbarten Vertiefungen zu liegen kommen. Ein Trennsteg 22 ist so ausgebildet, daß er nach innen von einer inneren Seitenwand des Gehäuses 11 zwischen den Vertiefungen 16 vorsteht, so daß die Zellen in den Vertiefungen 16 durch den Trennsteg 22 voneinander getrennt sind. Ein weiterer Trennsteg 23 und Trennstege 23A parallel hierzu sind auf der Bodenoberfläche des Gehäuses 11 in einem Mittenbereich entlang der Mittellängsachse des Gehäuses 11 ausgebildet, um die Trennung zwischen den Zellen in den Vertiefungen 15 und den Zellen in den Vertiefungen 16 aufrechtzuerhalten. Ein Ende des Gehäuses 11 weist eine rechteckförmige Öffnung 24 auf, die wie dargestellt in einem Mittenbereich an dem oberen Umfangsrand ausgebildet ist. Das andere gegenüberliegende Ende des Gehäuses 11 weist eine große rechteckförmige Öffnung in dem äußeren Wandabschnitt 13 und eine entsprechend kleinere rechteckförmige Öffnung in dem inneren Wandabschnitt 14 auf, wie ebenfalls am besten aus 1 hervorgeht. Zwischen Umfangskanten 25 im äußeren Wandabschnitt 13 und Umfangskanten 26 des inneren Wandabschnittes 14 ist ein Schlitz 30 ausgebildet.

Gemäß den 1 und 3 hat jede der elektrochemischen Zellen 29, die in der dargestellten Ausführungsform dar vorliegenden Erfindung verwendet werden, im wesentlichen zylindrische Formgebung mit einer elektrisch leitfähigen tassenförmigen Struktur 31, die als Kathode oder negativer Auschluß dient und einer elektrisch leitfähigen Kappe 32, die als Anode oder positiver Anschluß dient. In der dargestellten Ausführungsform sind vier Zellen 29 bis 29D hintereinander in einer Reihe vorgesehen, wobei die flachen Oberflächen einander benachbart sind. Die tassenförmige Kathodenstruktur 31 oder der tassenförmige Mantel der Zelle 29A an einem Ende des Stapels ist elektrisch mit der Anodenkappe 32 der benachbarten Zelle 29B über ein elektrisch leitfähiges metallisches Streifenelement oder eine Kontaktlasche 33A verbunden. Auf ähnliche Weise ist die Kathode der Zelle 28B elektrisch mit der Anode der Zelle 29C über eine Kontaktlasche 33B verbunden und die Kathode der Zelle 29C ist elektrisch mit der Anode der Zelle 28D über eine Kontaktlasche 33C verbunden. Somit sind die Zellen 29A bis 29D elektrisch in Reihe geschaltet.

Zwei weitere Zellen 29E und 29F sind bezüglich der Reihenanordnung der Zellen 29A bis 29D ungefaltet und damit gemäß 1 oder insbesondere 3 so ausgerichtet, daß ihre flachen Oberflächen im wesentlichen senkrecht zu denjenigen der Zelle 29An bis 29D stehen. Hierbei ist die tassenförmige Kathode der Zelle 29D mit der Anodenkappe der Zelle 29E über ein elektrisch leitfähiges Streifenelement oder eine Kontaktlasche 33D in Verbindung und die Kathode der Zelle 29E ist mit Anodenkappe der Zelle 29F über eine Kontaktlasche 33E in Verbindung. Die Verbindung stellt sicher, daß alle Zellen 29A bis 29F elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei eine kompakte Zellenanordnung des dargestellten Aufbaues erzielt wird, wobei diese Zellenanordnung auch als "4-2-Konfiguration" bezeichnet wird, wenn wie dargestellt sechs Zellen verwendet werden.

Ein Band 34 aus elektrisch isolierendem Material ist fest über die Kontaktpunkte der tassenförmigen Kathoden der Zellen 29A bis 29D gesetzt, um sicherzustellen, daß die Oberflächen dieser Zellen elektrisch von den Oberflächen der Zellen 29E und 29F getrennt sind. Alternativ hierzu kann der Trennsteg 23 des Gehäuses 11 weiter nach oben von der Bodenoberfläche des Gehäuses 11 weggezogen werden, also in etwa auf die Höhe des Trennsteges 22, um die Zellen 29A bis 29D vollständig von den Zellen 29E und 29F physisch und elektrisch zu isolieren, wobei dann auf das Isolierband 34 verzichtet werden kann.

Eine im wesentlichen rechteckförmige Anschlußplatte 35 trägt in bekannter Art einen positiven Schnappanschluß 36 und einen negativen Schnappanschluß 37 (Kronenkontakt). Die Ausbildung der Anschlußplatte 35 ist allgemein bekannt und des Typs, der bereits seit langem in Massenproduktion für eine Vielzahl von Standardbatterien verwendet wird. Die Abmessungen der Anschlußplatte 35 können für die dargestellte Batterie geeignet spezifiziert werden, so daß sowohl die An schlußplatte 35 als auch die Anschlüsse 36 und 37 problemlos und kostengünstig in großen Mengen erstellbar sind. Gemäß 3 ist ein inneres Ende 38 des positiven Anschlusses 36 elektrisch mit der Oberfläche der tassenförmigen Kathode der Zelle 29F über eine elektrisch leitfähige Kontaktlasche 33G in Verbindung, während ein inneres Ende 40 des negativen Anschlusses 37 mit der Anodenkappe der Zelle 29A über eine leitfähige Rontaktlasche 33F in Verbindung ist, wobei in beiden Fällen geeignete Laschen-Schweißtechniken verwendet werden. Eine rechteckförmige Öffnung 42 ist in einem Mittenbereich des oberen Randes der Anschlußplatte 35 ausgebildet, wie in 3 sichtbar.

Im Zusammenbau wird die Einheit aus den Zellen 29 und der Anschlußplatte 35 so gehandhabt, daß die Anschlußplatte 35 in den Schlitz 30 eingeführt wird und die unteren Bereiche der äußeren Umfangsoberflächen der Zellen 29A bis 29F werden in den entsprechenden konkaven Vertiefungen 15 und 16 der inneren Bodenoberfläche des Gehäuses 11 aufgenommen, wie beispielsweise in 4 für die Zelle 29A bis 29D dargestellt ist, welche in den Vertiefungen 15 zu liegen kommen. Danach wird der Deckel 12 auf dem Gehäuse 11 ausgerichtet und mit geeigneten Mitteln befestigt, so daß der Zellenstapel und die Anschlußplatte innerhalb des Gehäuses 11 festgelegt werden, wobei die einander gegenüberliegenden oberen und unteren Abschnitte der äußeren Umfangsflächen der zylindrischen Zellenoberflächen sicher formschlüssig in den entsprechenden konkaven Vertiefungen 15 und 16 bzw. 18 und 19 in dem Gehäuse 11 bzw. dem Deckel 12 gehalten werden. Hierdurch werden die Zellen und die Anschlußplatte der Batterie sicher in aufrechter Lage innerhalb des Behälters gehalten, der durch das Gehäuse 11 und den Deckel 12 gebildet wird.

Die rechteckförmigen Öffnungen 24 bzw. 42 in dem Gehäuse 11 bzw. der Anschlußplatte 35, die an den beiden schmalseitigen Enden des Gehäuses 11 ausgebildet sind, erlauben den Zutritt von Luft in das Innere des Behälters, so daß die Luft in Wechselwirkung mit dem Zink in den Zellen geraten kann, um zwischen der Anodenkappe und der tassenförmigen Kathodenstruktur einer jeder Zelle ein elektrisches Potential zu erzeugen, wie dies allgemein bekannt ist. In der dargestellten konkreten Ausführungsform erzeugt jede der sechs Zink/Luft-Zellen ein effektives elektrisches Potential von 1,5 V, so daß die gesamte Batterie ein Potential von 9,0 V zwischen den Anschlüssen 36 und 37 und der Anschlußplatte 35, also zwischen der Anode und der Kathode bereitstellt, Um den Zutritt von Fremdkörpern in das Innere des Gehäuses 11 über die Öffnungen 24 und 42 zu verhindern, sind Stege 39 und 39A an jedem Ende des Deckels 12 ausgebildet, wie in 2 dargestellt, wobei die Stege 39 und 39A die Öffnungen 24 und 42 wirksam abdecken, wenn die gesamte Batterie voll zusammengefügt ist, so daß die zum Betrieb nötige Luft durch einen vergleichsweise verschlungenen oder gewundenen Pfad in Richtung der Zellen eintreten kann, Fremdkörpern ist jedoch der Eintritt in das Gehäuse und ein Kontakt mit den darin sich befindlichen Zellen verwehrt.

Die gefaltete Zellenanordnung mit den Zellen 29A bis 29F und deren Zwischenverbindungen und den Verbindungen zu der Anschlußplatte 35 kann vergleichsweise einfach hergestellt und zusammengefügt werden, wie nachfolgend anhand der einzelnen Herstellungsschritte unter Bezug auf die 5 bis 12 erläutert werden wird. Gemäß den 5 und 6 weist jede Zelle 29 ein elektrisch leitfähiges Streifenelement oder eine Kontaktlasche 33 auf, welche an der Anodenkappe der Zelle angeschweißt ist, wie in den 5 und 6 veranschaulicht ist. Die Kontaktlasche einer jeden Zelle wird dann abgebogen oder abgewinkelt und mittels eines Schweißvorganges mit der Oberfläche der tassenförmigen Kathodenstruktur einer unmittelbar benachbarten Zelle verbunden, wie in 7 anhand der Zellen 29A und 29B veranschaulicht.

Alle sechs Zellen 29A bis 29F werden so auf gleiche Weise miteinander elektrisch verbunden und auch mechanisch zueinander lagefixiert mit der Ausnahme, daß die Kontaktlasche 33F, welche an der Anodenkappe der Zelle 29A zu befestigen wäre, in diesem Fertigungszustand noch mit keiner Komponente der Batterie verschweißt ist und auch die tassenförmige Struktur der Zelle 29F zeigt noch keine angeschweißte Kontaktlasche, wie in 8 dargestellt ist.

Die Schweißverbindungen werden vorteilhafterweise gleichzeitig ausgebildet, sie können jedoch auch, falls dies gewünscht ist, in einer geeignet ausgewählten Sequenz gebildet werden. Die Schweißnahtlängen an den Kathoden und Anoden einer jeden Zelle (in 3 mit den dicken Linien veranschaulicht) sind so, daß die Zellen mit daran angeschweißten Kontaktlaschen während des Fertigungsprozesses auf geeignete Weise gehandhabt werden können, wie in den 5 bis 12 dargestellt, um die Bildung der gewünschten abschließenden Zellenkonfiguration und die Verbindung hiermit mit der Anschlußplatte 35 zu erlauben.

Gemäß 9 wird das elektrisch isolierende Band 34 über die geschweißten Bereiche der Kathodenstrukturen der Zellen 29A bis 29D gelegt und dann dort befestigt, beispielsweise durch einen Selbstklebeeffekt. Das Band 34 ist auch in der vergrößerten Rückansicht gemäß 10 sichtbar. Nachfolgend wird eine Kontaktlasche 33G an die Kathodenstruktur der Zelle 29F angeschweißt, wie am besten aus 11 hervorgeht.

Eine Kontaktlasche 33F wird dann an das innere Ende 40 des Kathodenanschlusses 37 der Anschlußplatte 35 angeschweißt, um diesen Anschlug mit der Anodenkappe der Zelle 29A zu verbinden, wie in 11 dargestellt. Die Zellen 29E und 29F werden dann aus der Reihenanordnung gemäß 8 herausbewegt und umgefaltet, um die Lage gemäß 12 einzunehmen, wo die Zellen 29E und 29F im wesentlichen senkrecht zu den Zellen 29A bis 29D verlaufend angeordnet sind. In der Kontaktlasche 33D zwischen den Zellen 29D und 29E wird hierbei gemäß 12 ein um 180° zurückführender Knick ausgebildet. Die tassenförmige Kathodenstruktur der Zelle 29F wird dann mittels einer Schweißverbindung mit dem inneren Ende 38 des Anodenanschlusses 36 der Anschlußplatte 35 mittels der elektrisch leitfähigen Kontaktlasche 33G verbunden, wobei die Anschlußplatte 35 hierzu um 90° gedreht wird. Die gesamte Zellenstapel-Anordnung und die Anschlußplatte 35 ist dann gemäß 12 fertig für einen Einsetzvorgang in das Gehäuse 11, wonach der Deckel 12 auf dem Gehäuse 11 befestigt und mit geeigneten Mitteln versiegelt wird, um schließlich die gesamte Batterie zu bilden

Die erfindungsgemäße Batterie, wie sie beispielhaft anhand der Ausgestaltungsmöglichkeit gemäß den 1 bis 12 beschrieben worden ist, erleichtert somit die Verwendung von verbesserten und relativ großen Zink/Luft-Zellen höherer Kapazität. Die Verwendung eines Kunststoffgehäuses und eines hierzu passenden Deckels gemäß der dargestellten Ausführungsform verringert die Gesamtanzahl von Bauteilen, die für den gesamten Aufbau nötig sind im Vergleich zu bisher bekannten Batterien, so daß der Zusammenbau vereinfacht wird. Dies ist insbesondere dann wesentlich, wenn im Vergleich ähnliche Quecksilberoxid-Batteriestrukturen verwendet werden, die relativ teure Metallmäntel verwenden, die zusätzliche Isolierschritte und kompliziertere Zusammenbautechniken verlangen, aber auch im Vergleich mit den bekannten Zink/Luft-Batterien gemäß der eingangs erwähnten US-PS 4,547,438 .

Weiterhin erlaubt die Verwendung der allgemein bekannten und auf übliche Weise hergestellten Kontaktlasche, die problemlos als Massenartikel verfügbar ist, sowie der gesamte Aufbau und auch das Verfahren zum Zusammenbau die Verwendung allgemein bekannter und ausgereifter Kontaktlaschen-Schweißtechniken für die benötigten elektrischen Kontakte, so daß keine Preßkontakte oder Druckkontakte wie in bisherigen Batterien nötig sind. Die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erlaubt die automatische Kontaktlaschen-Schweißung von allen Zellen in Reihe hintereinander und diese Reihenanordnung der Zellen (8) kann dann problemlos und automatisch weiter manipuliert werden, um die gewünschte gefaltete Zellenanordnung zu bilden.

Die Ausgestaltung des Gehäuses mit den kreissegmentartigen Vertiefungen und dem Schlitz darin, sowie die Ausgestaltung der Abdeckung oder des Deckels mit den entsprechenden kreissegmentartigen Vertiefungen darin, erlaubt das einfache und leichte Einsetzen der über die Kontaktlaschen miteinander verbundenen Zellen zusammen mit der daran angeschlossenen Anschlußplatte und stellt einen formschlüssigen und sicheren Sitz der Zellenanordnung zusammen mit der Anschlußplatte sicher, wobei gleichzeitig ausreichend guter Luftzutritt und auch ausreichende Isolation und Abstände sichergestellt sind, um Kurzschlüsse der Komponenten untereinander auszuschließen.

Die Verwendung der Öffnungen 24 und 42 und der Stege 39 und 39A in dem Deckel stellt ausreichend Luftzufuhr über die verschlungenen labyrinthartigen Pfade zu den Zellen sicher, verhindert jedoch den Zutritt oder direkten Kontakt von Fremdkörpern mit den einzelnen Zellen, so daß auf die porösen Wandbauteile gemäß der eingangs erwähnten US-PS 4,547,438 verzichtet werden kann.

Die Verwendung der vorliegenden Erfindung hält die Herstellungskosten auf einem Wert, der nicht größer ist als bei herkömmlichen Batterien, selbst dann, wenn die relativ großen Zellen höherer Kapazität verwendet werden, während

Claims

Batterie, welche folgendes enthält: – einen Behälter, der ein Gehäuse (11) und einen Deckel (12) aufweist; – eine Anordnung von zylindrischen Zellen (29), von denen jede ein Anodenelement und ein Kathodenelement aufweist, wobei die Zellenanordnung weiterhin aufweist: eine erste Mehrzahl von Zellen (29A bis 29D), von denen jede eine bestimmte Ausrichtung hat, und die hintereinander gestapelt sind; eine zweite Mehrzahl von Zellen (29E, 29F), von denen jede ebenfalls eine bestimmte Ausrichtung hat und die benachbart der ersten Mehrzahl von Zellen hintereinander gestapelt sind, wobei die erste und zweite Mehrzahl von Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind; – eine Anschlußplatte (35) mit einem positiven und eiriem negativen Anschluß (36, 37) zur Bereitstellung externer Verbindungen zu der Batterie, wobei der positive Anschluß (36) mit einem Kathodenelement einer der Zellen in der Anordnung verbunden ist und der negative Anschluß (37) mit einem Anodenelement einer anderen der Zellen in der Anordnung verbunden ist; – wobei das Gehäuse (11) und der Deckel (12) jeweils eine Mehrzahl von entsprechenden Aufnahmevertiefungen (15, 16, 18, 19) aufweist, die an einer inneren Oberfläche hiervon ausgebildet sind und die Zellenanordnung innerhalb des Gehäuses (11) und des Deckels (12) so anordenbar ist, daß die erste und zweite Mehrzahl von Zellen sicher in den Aufnahmevertiefungen (15, 16, 18, 19) des Gehäuses (11) und des Deckels (12) gehalten sind; dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mehrzahl von Zellen (29A bis 29D) und die zweite Mehrzahl von Zellen (29E, 29F) in dem Gehäuse (11) in jeweils unterschiedlicher Ausrichtung und Konfiguration hintereinander gestapelt gehalten sind, wobei die flachen Oberflächen der ersten Mehrzahl von Zellen einander benachbart in einer hintereinanderliegenden Reihenkonfiguration entlang der Längserstreckung der Rechteckform des Gehäuses ausgerichtet sind und wobei die zylindrischen Oberflächen der zweiten Mehrzahl von Zellen einander benachbart sind und die zweite Ausrichtung im wesentlichen senkrecht zur ersten Ausrichtung ist, daß das Gehäuse (11) weiterhin einen Schlitz (30) an einem seiner Enden aufweist und die Anschlußplatte (35) sicher in dem Schlitz (30) gehalten ist, und daß wenigstens eine Öffnung (24), welche an einem Ende des Gehäuses (11) ausgebildet ist, um den Zutritt von Luft in den Behälter für einen Kontakt mit den Zellen darin zu ermöglichen, sowie Einrichtungen zum Verhindern des Eintrittes von Fremdkörpern in den Behältern durch die wenigstens eine Öffnung (24), um einen Kontakt mit den Zellen (29) darin zu verhindern, vorgesehen sind.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Öffnung (24) eine erste Öffnung (42) in der Anschlußplatte (35) an einem Ende des Behälters und eine zweite Öffnung (24) in dem Gehäuse (11) an der gegenüberliegenden Seite des Behälters umfaßt.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (29) in der Zellenanordnung (28) elektrisch untereinander mittels Kontaktlaschen (33) verbunden sind, welche durch eine Schweißverbindung befestigt sind, so daß die Anoden- und Kathodenelemente der Zellen (29) in Serie geschaltet sind und die Zellenanordnungen (28) mit dem negativen und positiven Abschluß (236, 37) der Anschlußplatte (35) verbunden ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin gekennzeichnet durch Trennvorrichtungen in dem Gehäuse zum Trennen der Zellen (29) der Zellenanordnung (28) voneinander.
Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtungen aufweisen: eine Mehrzahl von ersten Trennstegen (20, 21), welche die erste Mehrzahl von Zellen (29A bis 29D) voneinander trennen; einen zweiten Trennsteg (22), der die zweite Mehrzahl von Zellen (29E, 29F) voneinander trennt; und einen dritten Trennsteg (23, 23A), der die erste Mehrzahl von Zellen von der zweiten Mehrzahl von Zellen trennt.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin gekennzeichnet durch eine elektrische Isoliereinrichtung (34) zwischen der ersten und der zweiten Mehrzahl von Zellen in der Zellenanordnung (28).
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Zellen (29) Zink und Luft verwendet, welche in Wechselwirkung treten, um ein elektrisches Potential zwischen der Anode und der Kathode einer jeden Zelle zu entwickeln.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mehrzahl von Zellen vier Zellen umfaßt, welche einander benachbart sind und daß die zweite Mehrzahl von Zellen zwei Zellen umfaßt, die einander benachbart sind.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevertiefungen (15, 16) im Gehäuse (11) und diejenigen (18, 19) in einem Deckel (12) als Kreissegmente geformt sind, so daß einander gegenüberliegende Abschnitte der zylindrischen Außenoberfläche der Zellen (29) sicher in den entsprechenden Vertiefungen in dem Gehäuse (11) und dem Deckel (12) gehalten sind.
Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen insbesondere zur Bildung einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jede der elektrochemischen Zellen ein Anodenelement und ein Kathodenelement aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Sichritte: Ausrichtungen aller Zellen (29) in einer gestapelten Reihe hintereinander; Anschweißen einer Kontaktlasche (33) vom Kathodenelemenl einer jeden Zelle zum Anodenelement einer unmittelbar benachbarten Zelle in den Reihen hintereinander gestapelter Zellen mit Ausnahme des Anodenelementes einer Zelle an einem Ende des Stapels und dem Kathodenelement der Zelle an dem gegenüberliegenden Ende des Stapels; Neuanordnen einer ausgewählten Anzahl von Zellen an einem Ende des Stapels ausgehend von deren Lage in dem Stapel in eine Lage benachbart dem Stapel, um eine gefaltete Zellenanordnung derart zu bilden, daß jeder der ausgewählten Anzahl von neu angeordneten Zellen eine Ausrichtung hat, welche im wesentlichen senkrecht zur Ausrichtung der Zellen ist, die in dem hintereinander verlaufenden Stapel verbleiben; Anschweißen einer Kontaktlasche zwischen dem Kontakteiement der Zellen an einem Ende der gefalteten Zellenanordnung mit einem Anschluß einer Anschlußplatte (35); Anschweißen einer Kontaktlasche zwischen dem Anodenelement der Zelle am gegenüberliegenden Ende der gefalteten Zellenanordnung mit einem anderen Anschluß der Anschlußplatte (35); und Einbringen der gefalteten Zellenanordnung in ein Gehäuse.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt des Anordnens eines elektrisch isolierenden Materials (34) zwischen den neu angeordneten Zellen der Zellenanordnung und den Zellen, die in dem Stapel verbleiben.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt des Befestigens eines Deckels (12) an dem Gehäuse, um einen Batteriebehälter derart zu bilden, daß die Anschlüsse der Anschlußplatte (35) von der Außenseite des Behälters her zugänglich sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das Gehäuse eine Mehrzahl von Aufnahmevertiefungen aufweist und wobei der Schritt des Einsetzens umfaßt: Einsetzen der gefalteten Zellenanordnung in das Gehäuse (11) derart, daß Abschnitte der Oberflächen der Zellen sicher in den Aufnahmevertiefungen des Gehäuses zu sitzen kommen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel eine Mehrzahl von Aufnahmevertiefungen aufweist und der Schritt des Befestigens den Schritt des Festlegens des Deckels an dem Gehäuse umfaßt derart, daß gegenüberliegende Abschnitte der Oberflächen der Zellen innerhalb der Aufnahmevertiefung des Deckels gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt des Versiegelns des Deckels mit dem Gehäuse.