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Die vorliegende Erfindung
betrifft eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere eine wiederaufladbare
Batterie, welche in geeigneter Weise für ein Batteriemodul verwendet
werden kann, in welchem eine Vielzahl solcher wiederaufladbarer
Batteriezellen in Serie miteinander verbunden sind.
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11 zeigt
ein bekanntes Batteriepack, welches hergestellt wird, indem eine
Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien verbunden werden und diese
als eine zusammengekoppelt werden, um so die benötigte Leistung zu erzielen.
In diesem Batteriepack sind eine Vielzahl von Zellen 41 (41a bis 41j), welche
aus gedichteten, wiederaufladbaren Alkalibatterien, wie gezeigt
in 12, hergestellt sind,
in einer Reihe angeordnet, wobei die langen Seitenwände der
Batteriegehäuse 42 benachbart
zueinander angeordnet sind. Endplatten 52 sind an gegenüberliegenden
Enden gegen die Außenseite
der Zellen 41a und 41j angeordnet und die Zellen
sind als ein Stück
mit Verbindungsbändern 53 zusammengekoppelt.
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Für
die Zellen 41, wie gezeigt in 12, ist eine Elektrodenplattengruppe 47,
umfassend positive Elektrodenplatten und negative Elektrodenplatten, welche
zwischen gesetzten Separatoren geschichtet sind und folglich Elemente
für eine
elektromotorische Kraft ausbilden, in einem Batteriegehäuse 42 zusammen
mit einem flüssigen
Elektrolyt aufgenommen, und das offene Ende des Batteriegehäuses 42 ist
mit einem Deckel 46 verschlossen, welcher mit einer Sicherheitslüftungsöffnung 45 ausgerüstet ist.
Von dem oberen Ende auf einer Seite der positiven Elektrodenplatten,
welche die Elektrodenplattengruppe 47 ausbilden, erstrecken
sich Leitungen 49 aufwärts
und sind mit einem positiven Elektrodenanschluss 43 über ihnen
verbunden, und in gleicher Weise erstrecken sich von dem oberen
Ende der anderen Seite der negativen Elektrodenplatten Leitungen 49 aufwärts und
sind mit einem negativen Elektrodenanschluss 44 über ihnen
verbunden. Dieser positive Elektrodenanschluss 43 und der
negative Elektrodenanschluss 44 sind dann an dem Deckel 46 befestigt.
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In 11 sind
die positiven Elektrodenanschlüsse 43 und
die negativen Elektrodenanschlüsse 44 von
gekoppelten benachbarten Zellen 41 durch Verbindungsplatten 51 verbunden,
wodurch alle Zellen 41 in Serie verbunden. Wenn die Batteriegehäuse 42 gekoppelt
sind, stoßen
Rippen 48, welche vertikal von den langen Seitenwänden der
Batteriegehäuse 42 vorspringen,
aufeinander und bilden Kühlungskanäle aus,
welche in der vertikalen Richtung entlang der langen Seitenwände der
Batteriegehäuse 42 im Raum
zwischen den Rippen 48 verlaufen. Die Zellen 41a bis 41j werden
durch Luft, welche durch diese Kühlungskanäle fließt, gekühlt.
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Bei der Konfiguration für die Zellen 41 dieses bekannten
Batteriemoduls erstrecken sich Leitungen 49 von einem Abschnitt
an dem oberen Ende auf einer Seite der Elektroden und diese sind
mit den Elektrodenanschlüssen 43 und 44 verbunden,
welche an dem Deckel 46 befestigt sind, und weiterhin sind
die Abschnitte der Elektrodenanschlüsse 43, 44,
welche über
den Deckel 46 vorstehen, miteinander durch die Verbindungsplatten 51 verbunden.
Da die Verbindung zwischen benachbarten Zellen eine komplizierte
Struktur mit einer großen
Anzahl von Bauteilen erfordert, sind die Kosten verhältnismäßig hoch
und der elektrische Widerstand der Verbindung ist groß. Darüber hinaus
kann der Raum zum Installieren dieses Batteriepacks nicht kompakt
gestaltet werden, da es erforderlich ist, Raum für die Verbindungsstruktur über dem
Batteriegehäuse 42 bereitzustellen
und da die Verbindungsstruktur zur Außenseite hin ausgesetzt ist.
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Des weiteren werden in den Abschnitten,
wo sich Elektrodensäulen
der Elektrodenanschlüsse 43 und 44 durch
den Deckel 46 erstrecken, O-Ringe zum Bereitstellen einer
Dichtung gewöhnlich
nur auf der inneren Seite des Deckels 46 angeordnet und
es besteht die Gefahr, dass Elektrolyt während des Gebrauchs der Batterie
durchsickern kann.
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US 3,844,841 A ,
EP 0,962,993 A und
EP 1,059,680 A offenbaren
Batteriemodule, welche aus einer Anzahl von verbundenen Zellen aufgebaut sind,
die Seite an Seite positioniert sind, worin elektrische Verbindungen
zwischen benachbarten Zellen durch benachbarte Zellseitenwände ausgeführt sind.
EP 1,059,680 A offenbart
auch, in Übereinstimmung mit
dem Oberbegriff von An spruch
1, Elektrodenkollektorplatten,
welche Verbindungsbuckel mit flachen Leitungsenden aufweisen, welche
in Verbindungslöcher
passen, die in der kurzen Seitenwand des prismatischen Zellgehäuses ausgebildet
sind.
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Angesichts dieser Probleme des Standes der
Technik ist es ein Ziel der Erfindung, ein Batteriemodul bereitzustellen,
umfassend eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien, welches
bei geringen Kosten konstruiert werden kann und in dem die Zellen
einfach miteinander verbunden sind. Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Batteriemodul bereitzustellen, dessen Installationsraum kompakt
gestaltet werden kann und bei dem keine Gefahr einer Leckage von
Elektrolyt besteht.
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Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, stellt
die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine wiederaufladbare
Batterie bereit, umfassend:
ein prismatisches Gehäuse mit
kurzen Seitenwänden und
langen Seitenwänden;
eine
Gruppe von Elektrodenplatten, umschlossen in dem prismatischen Gehäuse zusammen
mit einem flüssigen
Elektrolyt;
eine positive Elektrodenkollektorplatte und eine
negative Elektrodenkollektorplatte, befestigt an der Gruppe der
Elektrodenplatten an langen, seitlichen, gegenüberliegenden Enden derselben;
ein
Verbindungsloch, welches in den kurzen Seitenwänden des prismatischen Gehäuses ausgebildet ist;
und
einen Verbindungsbuckel, welcher in der positiven Elektrodenkollektorplatte
und entsprechend in der negativen Elektrodenkollektorplatte ausgebildet
ist und einen Schweißvorsprung
beinhaltet, der in das Verbindungsloch hineinpasst, wobei das vordere Ende
des Schweißvorsprungs
einen Vorsprung oder eine Verlängerung
aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
sind zwei benachbarte Zellen miteinander über Verbindungsbuckel verbunden,
welche in den Kollektorplatten der Elektrodenplattengruppe ausgebildet
sind. Daher ist die Verbindungsstruktur von zwei Zellen einfach
ohne jegliche Extrabauteile konstruiert und verursacht folglich
geringe Kosten. Des weiteren kann, dank der kompakten Verbin dungsstruktur
zwischen den Zellen, der Raum zur Installation des Batteriemoduls
kompakt gestaltet werden.
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Ein Dichtungsmaterial kann zum Bereitstellen
einer Dichtung gegenüber
der Außenseite
um den Verbindungsbuckel herum angeordnet werden, wodurch das Verbindungsloch
doppelt von beiden Seiten gedichtet wird und Leckage von Elektrolyt während des
Gebrauchs der Batterie zuverlässig
verhindert werden kann.
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Der Verbindungsbuckel in der Kollektorplatte kann
durch Formpressen in solcher Weise hergestellt werden, dass der
Verbindungsbuckel zur einen Seite der Kollektorplatte vorsteht,
so dass der Verbindungsbuckel integral mit der Kollektorplatte mit
hoher Produktivität
und bei geringen Kosten hergestellt werden kann. Wenn die Leitungsenden
der aneinanderstoßenden
Verbindungsbuckel zusammengeschweißt werden, kann ein Paar von
Schweißelektroden
verwendet werden, welche Vorsprünge
an ihren Enden aufweisen, wobei die Vorsprünge der Schweißelektroden
entsprechend in die Vertiefungen eingesetzt werden, welche auf der
Rückseite
der Verbindungsbuckel ausgebildet sind. Dadurch kann der Druck an
den Leitungsenden der Verbindungsbuckel konzentriert werden und
die Schweißung
kann ausgezeichnet ausgeführt
werden. Die Verbindungsstruktur mit geringem elektrischem Widerstand
kann folglich mit hoher Zuverlässigkeit
erzielt werden.
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Alternativ kann ein Verstärkungselement
in einen Hohlraum eingebettet werden, welche auf der Rückseite
des Verbindungsbuckels ausgebildet ist, in solcher Weise, dass das
Verstärkungselement
fluchtend ist mit einer Plattenoberfläche, um den Hohlraum herum.
In diesem Fall kann das Verschweißen der Leitungsenden der Verbindungsbuckel
sogar dann vorteilhaft ausgeführt
werden, wenn die Schweißelektroden
flache distale Endoberfläche
aufweisen. Das heißt,
sogar mit Schweißelektroden ohne
die zuvor beschriebenen Vorsprünge
kann der Druck auf den Schweißabschnitt
konzentriert werden, wodurch das Schweißen vorteilhaft ausgeführt werden
kann, und die Verbindungsstruktur mit kleinen elektrischen Widerständen zuverlässig erzielt werden
kann. Darüber
hinaus können
die Schweißelektroden,
da sie nur flach auf ihren distalen Enden ausgebildet sein müssen, länger verwendet
werden, und die Gesamtkosten für
die Herstellung der Batterie können
reduziert werden.
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Alternativ kann der Verbindungsbuckel
mit einem ringförmigen
Vorsprung in einem äußeren peripheren
Abschnitt an einem vorstehenden Ende des Verbindungsbuckel ausgebildet
werden. In diesem Fall können
auch Schweißelektroden
mit flachen distalen Endoberflächen
verwendet werden, durch welche der Druck übertragen und konzentriert
wird auf den ringförmigen
Vorsprung im äußeren Umfang
der Leitungsenden der Buckel. Gleichzeitig bilden die ringförmigen Vorsprünge der
zwei Verbindungsbuckel, welche aufeinander gepresst werden, eine
ringförmige
Schweißlinie,
wodurch ein größerer Schweißbereich
erzielt werden kann, und das Schweißen vorteilhaft ausgeführt wird.
Die Verbindungsstruktur mit kleinem elektrischen Widerstand kann
dadurch zuverlässig
erzielt werden. Darüber
hinaus können
die Schweißelektroden
mit flachen distalen Endoberflächen
sogar ohne die zuvor beschriebenen Verstärkungselemente, welche in die
Hohlräume
eingebettet sind, verwendet werden, und daher können die Gesamtkosten für die Herstellung
der Batterie reduziert werden.
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Die wiederaufladbare Batterie der
vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft verwendet werden, um ein
Batteriemodul auszubilden, indem ein integrales Batteriegehäuse aus
einer Vielzahl von wiederaufladbaren Batterien, wie zuvor beschrieben,
zusammengesetzt wird. Obere offene Enden der Vielzahl von Zellgehäusen werden
integral durch ein integrales Deckelelement verschlossen. Entsprechend der
vorliegenden Erfindung können
benachbarte Zellen innerhalb des integralen Batteriegehäuses verbunden
werden, und die Verbindungsstruktur zwischen den Zellen wird nicht
der Außenseite
ausgesetzt. Dadurch ist ein Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung
kompakter und benötigt
weniger Installationsraum als bekannte Batteriemodule.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug zu den anhängenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1A eine
Frontansicht und 1B eine Draufsicht,
darstellend ein Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
teilgeschnittene Seitenlängsansicht
eines beispielhaften Batteriemoduls;
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3 eine
Frontansicht der Elektrodenplattengruppe der Erfindung;
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4 eine
geschnittene Ansicht entlang IV-IV in 3;
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5A eine
Frontansicht, 5B eine Draufsicht
und 5C eine Vergrößerung von
VC in 5B, darstellend
die positive Elektrodenplatte der Erfindung;
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6A eine
Frontansicht, 6B eine Draufsicht
und 6C eine Vergrößerung von
VIC in 6B, darstellend
die negative Elektrodenplatte der Erfindung;
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7A eine
vertikal geschnittene Ansicht, darstellend die Konfiguration zum
Verbinden von zwei Zellen und
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7B eine
detaillierte geschnittene Ansicht des Verbindungsbuckel der Kollektorplatte
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8A eine
vertikal geschnittene Ansicht, darstellend die Konfiguration zum
Verbinden von zwei Zellen und
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8B eine
detaillierte geschnittene Ansicht des Verbindungsbuckels der Kollektorplatte
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9A eine
vertikal geschnittene Ansicht, darstellend die Konfiguration zum
Verbinden von zwei Zellen und
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9B eine
detaillierte geschnittene Ansicht des Verbindungsbuckels der Kollektorplatte
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
vertikal geschnittene Ansicht, darstellend die Konfiguration zum
Verbinden von zwei Zellen entsprechend einer Erfindung, welche zuvor
von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung gemacht wurde;
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11 eine äußere perspektivische
Ansicht eines bekannten Batteriemoduls; und
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12 eine
teilgeschnittene perspektivische Ansicht einer Zelle des gleichen
bekannten Beispiels.
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Das Batteriemodul dieser Erfindung
ist eine Nickelmetallhydridbatterie, welche geeignet ist zur Verwendung
als Antriebsleistungsquelle für
ein elektrisches Fahrzeug. Das Batteriemodul der 1 und das beispielhafte Batteriemodul
der 2 werden aus einer
Vielzahl von (sechs in dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel)
Zellen 6 ausgebildet, welche in einer Reihe angeordnet
sind. Zellgehäuse 3 von
jeder der Zellen 6, welche in einer prismatischen Weise
mit kurzen Seitenwänden,
langen Seitenwänden
und offenen oberen Enden geformt sind, sind gegenseitig an ihren
kurzen Seitenwänden
integriert, wodurch ein integrales Batteriegehäuse 2 ausgebildet
wird. Die oberen offenen Enden der Zellgehäuse 3 sind alle zusammen
durch ein integrales Deckelelement 4 geschlossen.
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Jedes der Batteriegehäuse 3 bildet
eine Zelle 6, worin Elektrodenplattengruppen 5 zusammen
mit Elektrolyt aufgenommen sind. Eine Elektrodenplattengruppe 5 umfasst
eine große
Anzahl von positiven Elektrodenplatten und negativen Elektrodenplatten, welche
parallel zu den langen Seitenwänden
des Zellgehäuses 3 angeordnet
sind und in der Richtung der kurzen Seitenwände des Zellgehäuses 3 geschichtet
sind, mit dazwischen liegenden Separatoren. Die Konstruktion innerhalb
des Batteriegehäuses
wird hierauf folgend detaillierter beschrieben.
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Verbindungslöcher 7 sind an den
oberen Kantenabschnitten auf den äußeren kurzen Seitenwänden der
Zellgehäuse 3 an
zwei Enden des integralen Batteriegehäuses 2 und zwischen
jeweils zwei Zellgehäusen 3 ausgebildet.
Positive und negative Verbindungsanschlüsse 8 sind entsprechend
an den Verbindungslöchern 7 auf
den äußeren kurzen
Seitenwänden
des äußeren Zellgehäuses 3 befestigt, und
die dazwischen liegenden Zellen 6 sind in Reihe miteinander
durch die Verbindungslöcher 7 in
den kurzen Seitenwänden
zwischen jeweils zwei Zellgehäusen 3 verbunden.
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Auf der oberen Fläche des Deckelelements 4 sind
Durchgangslöcher 9 in
benachbarten Kantenabschnitten der benachbarten Zellgehäuse 3 ausgebildet.
Verbindungsdeckel 21, welche Verbindungspfade 22 zum
Verbinden von zwei Durchgangslöchern 9 ausbilden,
sind auf das Deckelelement 4 geschweißt. Das Bezugszeichen 21A bezeichnet
Verstärkungsvorsprünge, welche
von der Mitte der inneren Wand der Verbindungsdeckel 21 vorstehen.
Die Größe der Verstärkungsvorsprünge 21a ist
solcherart, dass sie nicht die Verbindungspfade 22 verschließen, und
ihre Leitungsenden stoßen
auf die obere Fläche
des Deckelelements 4 und werden an diese geschweißt, was
die Druckfestigkeit der Verbindungsdeckel 21 sicherstellt.
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Das integrierte Batteriegehäuse 2,
das Deckelement 4 und die Verbindungsdeckel 21 werden
aus einem synthetischen Harzmaterial hergestellt, wie beispielsweise
ein PP/PPE-Gemisch, und sie sind unempfindlich gegenüber dem
Elektrolyt. Es ist auch möglich,
nur das Deckelelement 4 und die Verbindungsdeckel 21 aus
einem elektrolyt-unempfindlichen Material herzustellen, oder nur
die Oberfläche der
Verbindungspfade 22 mit einer Beschichtung eines flüssigkeits-abstoßenden Materials
bereitzustellen.
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Ein einzelnes Sicherheitslüftungsloch 10 zum
Freisetzen von Druck, wenn der innere Druck in den Zellgehäusen 3 einen
gewissen Wert überschritten
hat, ist auf der oberen Fläche
des Deckelelements 4 bereitgestellt. Darüber hinaus
ist ein Sensormontageloch 11 zur Montage eines Temperaturerfassungssensors,
welcher die Temperatur in den Zellen 6 erfasst, als eine
Hohlraum ausgeformt, dessen unteres Ende die obere Kante der Elektrodenplattengruppe 5 von
einer der Zellen 6 berührt.
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Die langen Seitenwände der
sechs Zellen 6 bilden zusammen eine integrale Seitenwand 12 des integralen
Batteriegehäuses 2.
Auf dieser Seitenwand 12 des integralen Batteriegehäuses 2 sind
vorstehende Rippen 13, welche sich vertikal erstrecken, bereitgestellt
an Positionen, welche zu den Seitenkanten von zwei benachbarten
Zellgehäusen 3 korrespondieren.
Des weiteren sind eine große
Anzahl von verhältnismäßig kleinen
kreisförmigen
Vorsprüngen 14 in
geeigneten Intervallen in der Weise einer Matrix zwischen jeden
zwei Rippen 13 ausgebildet. Die Rippen 13 und
die Vorsprünge 14 haben
die gleiche Höhe.
Des weiteren sind Kopplungsrippen 15A und 15B,
welche die gleiche Höhe
wie die Rippen 13 und die Vorsprünge 14 haben, auf
den Seitenwänden
der oberen Kante des Zellgehäuses 3 und
den Seitenwänden
des Deckelelements 4 ausgebildet, um in solcher Weise die
Seitenwände
der Zellgehäuse 3 und
des Deckelelements 4 zu überbrücken, an Positionen entsprechend
zu einer Verlängerung
der Rippen 13 und der Vorsprünge 14. Eine Vielzahl
von Vorsprüngen 16 und
Hohlraumen 17, zum Positionieren und Zusammenfügen der
integralen Batteriegehäuse 2,
wenn ihre Seitenwände 12 aufeinander
stoßen, sind
in einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt der äußeren Oberfläche der
zwei Rippen 13 nahe den beiden Enden der Seitenwand 12 des integralen
Batteriegehäuses 2 angeordnet.
Wenn eine Vielzahl von integralen Batteriegehäusen 2 in einer Reihe
parallel angeordnet wird, um ein Batteriepack auszubilden, bilden
die Rippen 13, die Vorsprünge 14 und die Kopplungsrippen 15A und 15B Kühlungskanäle zum Kühlen der
Zellgehäuse 3 in
effektiver und gleichmäßiger Weise.
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Die zuvor erwähnten Elektrodenplattengruppen 5 werden
im Detail mit Bezug zu den 3 bis 6 beschrieben. In 3 und 4 sind eine Vielzahl von positiven Elektrodenplatten 18 und
negativen Elektrodenplatten 19 abwechselnd angeordnet,
und die positiven Elektrodenplatten 18 sind mit Separatoren 20 in
der Form einer Tasche bedeckt, welche eine Öffnung auf einer Seite aufweist.
Die positiven Platten 18 und die negativen Platten 19 werden
aufeinander gestapelt mit dazwischen liegenden Separatoren 20,
wodurch sie die Elektrodenplattengruppe 5 ausbilden. In 3 ist der Bereich, wo die
positiven Elektrodenplatten 18 und die negativen Elektrodenplatten 19 mit
den dazwischen liegenden Separatoren 20 gegeneinander weisen
und die elektrische Leistung erzeugen, durch geneigte Linien angezeigt.
Die Seitenkanten der Gruppe der positiven Elektrodenplatten 18 stehen über die
Gruppe der negativen Elektrodenplatten 19 auf einer Seite
hervor, und die Seitenkanten der Gruppe der negativen Elektrodenplatten 19 stehen über die
Gruppe der positiven Elektrodenplatten 18 auf der gegenüberliegenden
Seite vor, und diese vorstehenden lateralen Abschnitte bilden die Leitungsabschnitte 18a und 19a,
auf deren laterale Enden Kollektorplatten 31 und 32 entsprechend
geschweißt
werden. Die äußeren Kanten
der Kollektorplatten 31 und 32 werden nach innen
gebogen, wie gezeigt in 5,
um die Abmessungen der Elektrodenplatten 18, 19 zu
beschränken,
während
die Kollektorplatten 31, 32 an die Elektrodenplatten 18, 19 geschweißt werden,
so dass die Elektrodenplatten 18, 19 nicht nach
außen
abstehen, wenn Druck auf sie ausgeübt wird. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet äußere Separatoren,
welche auf den äußeren Flächen der
Elektrodenplattengruppe 5 zwischen den Kollektorplatten 31 und 32 angeordnet
sind.
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Die positiven Elektrodenplatten 18 sind
aus geschäumtem
Nickelmetall hergestellt. Wie in den 5A–5B gezeigt, wird der Leitungsabschnitt 18a hergestellt,
indem eine Seitenkante der Platte des geschäumten Metalls komprimiert wird
und eine Leitungsplatte 24 auf einer Oberfläche des
Leitungsabschnitts 18a durch Ultraschallschweißen oder
Nahtschweißen
befestigt wird. Die in den 6A–6C gezeigten negativen Elektrodenplatten 19 werden
aus nickelhaltigem Metall hergestellt, welches mit Ausnahme der
Leitungsabschnitte 19a mit einem aktiven Material beschichtet
wird. "L" bezeichnet die Länge von
einer Seite der positiven Elektrodenplatte 18 und der negativen
Elektrodenplatte 19, wo die Leitungsabschnitte 18a und 19a bereitgestellt
werden, und "D" bezeichnet die Länge der
Seite in einer Richtung senkrecht dazu. Die positiven und negativen
Elektrodenplatten 18, 19 sind so ausgestaltet,
dass "L" größer ist
als "D", aber nicht größer als
viermal "D".
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Bezugszeichen 29 bezeichnet
Paare von Positionierungslöchern,
welche in den Leitungsabschnitten 18a und 19a in
einem geeigneten Abstand von der Ober- und der Unterseite davon
angeordnet sind. Durch Einführen
von Positionierungsstiften in diese Positionierungslöcher 29 und
durch Aufbringen eines Drucks auf die Seitenenden der Leitungsabschnitte 18a und 19a werden
diese Seitenenden der Leitungsabschnitte 18a und 19a ausgerichtet
und zuverlässig
und gleichmäßig an die
Kollektorplatten 31 und 32 geschweißt.
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7A zeigt
die Verbindungsstruktur zum serienmäßigen Verbinden der Zellen 6 entsprechend einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, sind an den oberen Enden
der Kollektorplatten 31, 32 Verbindungsbuckel 33 ausgebildet,
welche vorstehen und in das Verbindungsloch 7 eintreten,
welches in dem oberen Endabschnitt der kurzen Seitenwände zwischen
zwei benachbarten Zellgehäusen 3 ausgebildet
ist. Die Leitungsenden von diesen Verbindungsbuckeln 33 stoßen aufeinander
und werden zusammengeschweißt,
wodurch die Verbindungsplatte 31 von einer Zelle 6 mit
der Verbindungsplatte 32 der benachbarten Zelle 6 verbunden
wird. In gleicher Weise werden die Verbindungsanschlüsse 8,
welche mit den zwei Zellen an beiden Enden des Batteriemoduls verbunden
sind, entsprechend mit Verbindungsbuckeln 26 ausgebildet,
so dass die Verbindungsplatte 31 oder 32 der Zellen
an den gegenüberliegenden
Enden des Batteriemoduls mit den Verbindungsanschlüssen 8 durch
Schweißen der
Leitungsenden der Verbindungsbuckel 26 und 33 verbunden
wird. Eine ringförmige
Hohlraum 34 ist in solcher Weise ausgebildet, dass sie
den Verbindungsbuckel 33 umgibt, und ein O-Ring 28 ist
in diese Hohlraum 34 eingepasst, um eine Dichtung mit den
kurzen Seitenwänden
der Zellgehäuse 3 auszubilden.
Dadurch wird das Verbindungsloch 7 doppelt mit den O-Ringen 28 von
beiden Seiten der kurzen Seitenwand der Zellen abgedichtet.
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Der Verbindungsbuckel 33 ist
durch Formpressen in solcher Weise ausgebildet, dass er von einer
Seite der Kollektorplatte 31 oder 32 vorsteht,
und um einen Schweißvorsprung 35 zu
haben, welcher am weitesten in der Mitte des Buckels 33 vorsteht, wie
in 7B gezeigt. Zum Schweißen dieser Schweißvorsprünge 35 an
den Leitungsenden der Verbindungsbuckel 33 wird ein Paar
von Schweißelektroden 40 verwendet,
welche Vorsprünge 40a,
wie in 7A gezeigt, aufweisen,
wobei die Vorsprünge 40a in
die Hohlräume 36 auf
den gegenüberliegenden
Seiten der Verbindungsbuckel 33 zum Pressen der Rückseite
des Schweißvorsprungs 35 eingeführt werden.
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Bei dem Batteriemodul 1 der
vorliegenden Erfindung, wie zuvor beschrieben, wird das integrale Batteriegehäuse 2 zusammengesetzt,
indem gegenseitig eine Vielzahl von prismatischen Zellgehäusen 3 verbunden
wird, wobei die dazwischenliegenden Zellgehäuse 3 sich ihre kurzen
Seitenwände
teilen. Die offenen Enden der Zellgehäuse 3 werden durch das
integrierte Deckelelement 4 geschlossen, und die Kollektorplatten 31, 32 der
Elektrodenplattengruppen 5 in benachbarten Zellen 6 werden
durch die Verbindungsbuckel 33 der Kollektorplatte 31, 32 verbunden,
welche durch die Verbindungslöcher 7 durchragen,
die in den oberen Kanten der kurzen Seitenwände von jedem Zellgehäuse 3 ausgebildet sind,
wobei die Leitungsenden der Verbindungsbuckel zusammengeschweißt werden.
Daher können benachbarte
Zellen 6 innerhalb des integralen Batteriegehäuses 2 verbunden
werden. Da die Verbindungskonfiguration nicht zur Außenseite
hin ausgesetzt ist, kann der Installationsraum für das Batteriemodul 1 kompakt
gehalten werden.
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Des weiteren werden die benachbarten
Zellen 6 in Reihe durch die Verbindungsbuckel 33 verbunden,
welche einfach durch Formpressen der Kollektorplatten 31, 32 ausgebildet
werden, welche die Elektrodenplattengruppe 5 bilden. Daher
werden keine zusätzlichen
Bauteile für
die Verbindungsstruktur der Zellen benötigt, und Zellen können einfach
bei geringen Kosten mit einer reduzierten Anzahl von Bauteilen verbunden
werden. Des weiteren kann, da die Verbindungsbuckel 33 integral
mit den Kollektorplatten 31, 32 ausgebildet sind
und da sie an einem Punkt zusammengeschweißt werden, der elektrische Widerstand
der Verbindungsstruktur merklich reduziert werden.
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10 zeigt
eine Verbindungsstruktur, welche von den Erfindern der vorliegenden
Anmeldung zuvor vorgeschlagen wurde (siehe
EP 1,059,680 A ), worin ein
Paar von Verbindungspassstücken
61 entsprechend
Verbindungsvorsprünge
62 auf
einer Seite in der Mitte derselben aufweisen und ringförmige Vertiefungen
63 aufweisen,
welche die Verbindungsvorsprünge
umgeben. Die Verbindungsvorsprünge
62 der
Verbindungspassstücke
61 werden
in die Verbindungslöcher
7 von
beiden Seiten eingesetzt, welche in den kurzen Seitenwänden zwischen
den Zellgehäusen
3 ausgebildet
sind, und die Verbindungslöcher
7 werden
durch O-Ringe
28 abgedichtet, welche in die ringförmigen Vertiefungen
63 eingepasst
werden. Zum Verbinden benachbarter Zellen
6 wird das Paar
von Verbindungspassstücken
61 zwischen
den oberen Enden der Kollektorplatten
31,
32 angeordnet,
und mit diesen Verbindungspassstücken
61,
welche eingefasst sind zwischen einem Paar von Schweißelektroden
64,
64,
wird Elektrizität
darauf aufgebracht. Daraufhin werden die oberen Enden der Kollektorplatten
31,
32 und
die Verbindungspassstücke
61 und
die Leitungsenden der Verbindungsvorsprünge
62 des Paares
der Verbindungspassstücke
61 gleichzeitig
zusammengeschweißt.
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In diesem Fall wird jedoch das Paar
der Verbindungspassstücke 61 zusätzlich benötigt, und
darüber
hinaus bestand das Problem, dass der elektrische Widerstand an den
Verbindungsstrukturen verhältnismäßig groß war, da
die Schweißung
an drei Punkten erfolgte, d.h. zwischen der Kollektorplatte 31 und
einem Verbindungspassstück 61,
zwischen den Leitungsenden der aufeinanderstoßenden Verbindungsvorsprünge 62,
und zwischen der Kollektorplatte 32 und dem anderen Verbindungspassstück 61. Die
vorliegende Erfindung löst
solche Probleme, da sie keine extra Bauteile wie Verbindungspassstücke 61 benötigt, wodurch
die Handhabbarkeit des Herstellungsprozesses verbessert wird und
die Gesamtkosten reduziert werden können.
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Darüber hinaus kann, indem die
Schweißelektroden 40 verwendet
werden, welche Vorsprünge 40a wie
zuvor beschrieben aufweisen, der Druck an den Schweißvorsprüngen 35 an
den Leitungsenden der Verbindungsbuckel 33 konzentriert
werden, wodurch die Schweißung
vorteilhaft ausgeführt
werden kann, und die Verbindungsstruktur mit geringem elektrischen
Widerstand hochgradig zuverlässig
erzielt werden kann.
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In gleicher Weise können die
Verbindungsanschlüsse 8,
welche ähnliche
Verbindungsbuckel 26 aufweisen, einfach mit den Kollektorplatten 31 oder 32 der äußeren Zellen 3 an
gegenüberliegenden Enden
des Batteriemoduls verbunden werden, wodurch das Batteriemodul mit
der Außenseite
mit einer kompakten Struktur verbunden werden kann.
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Des weiteren wird das Verbindungsloch 7 in einer
kurzen Seitenwand zwischen zwei benachbarten Zellen 6 doppelt
von beiden Seiten durch die O-Ringe 28 gedichtet,
welche um die Verbindungsbuckel 33 der Kollektorplatten
31, 32 oder
der Verbindungsbuckel 26 der Verbindungsanschlüsse 8 herum bereitgestellt
sind, wodurch eine Leckage von Flüssigkeit während des Gebrauchs der Batterie
zuverlässig
verhindert werden kann.
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In den Elektrodenplattengruppen 5 der
Zellen 6 stehen die Seitenkantenabschnitte der Gruppe der
positiven Elektrodenplatten 18 über die Gruppe der negativen
Elektrodenplatten 19 auf einer Seite hervor, und die Seitenkantenabschnitte
der Gruppe der negativen Elektrodenplatten 19 stehen über die Gruppe
der positiven Elektrodenplatten 18 auf der gegenüberliegenden
Seite hervor, und diese hervorstehenden Seitenabschnitte bilden
die Leitungsabschnitte 18a und 19a, an welche
Kollektorplatten 31 und 32 über ihre gesamte Länge geschweißt sind. Daher
kann der durchschnittliche Abstand der Oberflächen von den Elektroden 18 und 19 zu
den Kollektorplatten 31 und 32 kurz ausgebildet
werden, und als Ergebnis kann der Batterieinnenwiderstand klein
gehalten werden und die Nutzungsrate des aktiven Elektrodenmaterials
wird groß,
was die Batterieausgangsleistung erhöht.
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Des weiteren sind die Gruppen von
Elektrodenplatten 18 und 19 in einer einfachen
Konstruktion gehalten, indem die Seitenkantenabschnitte der Leitungsabschnitte 18a und 19a der
Elektrodenplatten 18 und 19 an den Kollektorplatten 31 und 32 befestigt werden,
wodurch der Oberflächenbereich
dieser Abschnitte zum Erzeugen einer elektromotorischen Kraft groß wird,
und die Batteriekapazität
erhöht
werden kann.
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Die Länge L von einer Seite der Elektrodenplatten 18, 19,
wo die Leitungsabschnitte 18a, 19a bereitgestellt
sind, und die Länge
D auf der Seite senkrecht zu L werden zu D < L ≤ 4D
gesetzt, so dass der durchschnittliche Abstand der gesamten Oberflächen der
Elektrodenplatten zu den Kollektorplatten 31, 32 sogar
verkürzt
werden kann. Wenn L > 4D, wird
das Größenverhältnis (vertikal/horizontal)
zu groß,
was zu dem Problem hinsichtlich anderer struktureller Bedingungen
führt,
wie dem Bereitstellen der Festigkeit der Kollektorplatten 31 und 32 oder
der Herstellung des Zellgehäuses 3.
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Des weiteren sind an den benachbarten
Enden von zwei benachbarten Zellgehäusen 3, 3,
Löcher 9 in
dem Deckelelement 4 ausgebildet, und ein Verbin dungsdeckel 21 wird
auf das Deckelelement 4 zum Ausbilden eines Verbindungspfades 22 geschweißt, welcher
durch die Löcher 9 hindurchläuft. Dadurch
wird der interne Druck auf die Vielzahl von Zellen 6 vereinheitlicht
und es besteht kein Risiko, dass der interne Druck auf einige der
Zellen 6 ansteigt und die Lebensdauer dieser Zelle 6 verkürzt wird.
Die Lebensdauer des gesamten Batteriemoduls kann dadurch davor bewahrt
werden, vermindert zu werden. Außerdem kann, da nur eine Sicherheitslüftungsöffnung 10 in
dem Deckelelement 4 bereitgestellt zu werden braucht, eine
Kostenreduktion erzielt werden.
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 8A und 8B beschrieben.
In der vorangegangenen Ausführungsform
werden ein Paar von Schweißelektroden 40,
welche Vorsprünge 40a an
ihren Enden aufweisen, zum Brücken
der Rückseite
des Schweißvorsprungs 35 und
zum Schweißen
der aneinanderstoßenden
Schweißvorsprünge 35 der
Verbindungsbuckel 33 verwendet. In dieser Ausführungsform
ist ein Verstärkungselement 37 solcher
Art in den Hohlraum 36, welcher auf der Rückseite
des Schweißvorsprungs 35 ausgebildet
ist, eingebettet, dass es fluchtend ist mit der Plattenoberfläche der Kollektorplatte 31 oder 32 um
den Hohlraum 36 herum, wie gezeigt in 8B.
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Indem diese Konstruktion angenommen wird,
kann der Druck auf die Schweißabschnitte
zwischen den Schweißvorsprüngen 35 sogar
dann konzentriert werden, wenn Schweißelektroden 40 zum Schweißen der
aneinanderstoßenden
Schweißvorsprünge 35 der
Verbindungsbuckel 33 verwendet werden, welche flache Leitungsoberflächen aufweisen,
wie gezeigt in 8A, wodurch
das Schweißen vorteilhaft
ausgeführt
werden kann, und die Verbindungsstruktur mit kleinem elektrischen
Widerstand zuverlässig
erzielt werden kann. Darüber
hinaus können
die Schweißelektroden 40 länger verwendet
werden, da sie nur flach an ihren distalen Enden ausgebildet sein
müssen,
und die Gesamtkosten für
die Herstellung der Batterie können
reduziert werden.
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Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 9B und 9B beschrieben.
Wie gezeigt in 9B, sind
die Verbindungsbuckel 33 der Kollektorplatten 31, 32 in
dieser Ausführungsform
mit einer leicht zurückgenommenen
Vertiefung 39 an den Leitungsenden in der Mitte ausgebildet,
und mit einem ringförmigen
Vorsprung 38 an dem äußeren Umfang,
der diese Vertiefung 39 umgibt.
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Indem diese Konfiguration übernommen wird,
wird sogar dann der Druck am äußeren Umfang der
Leitungsenden der Buckel übertragen
und konzentriert, wenn Schweißelektroden 40 mit
flachen Leitungsoberflächen
verwendet werden, um die Rückseite
der Verbindungsbuckel 33 zu drücken. Gleichzeitig bilden die
ringförmigen
Vorsprünge 38 der
zwei Verbindungsbuckel 33, welche aufeinander stoßen, eine
ringförmige
Schweißlinie,
wodurch ein großer
Schweißbereich
erzielt werden kann, und die Schweißung wird vorteilhaft ausgeführt. Die
Verbindungsstruktur mit kleinem elektrischen Widerstand kann dadurch
zuverlässig
erzielt werden. Darüber
hinaus können
Schweißelektroden 40 mit
flachen distalen Endoberflächen
verwendet werden, wie gezeigt in 9A,
sogar ohne die Verstärkungselemente 37, wie
zuvor beschrieben, welche in den Hohlräumen 36 eingebettet
sind, und dadurch können
die Schweißelektroden 40 länger verwendet
werden, und die Gesamtkosten für
die Herstellung der Batterie können reduziert
werden.