DE69402005T2 - Elektrische Batterie - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Batterie, die ein Gehäuse umfaßt, in dem mindestens zwei Zellen elektrisch in Serie geschaltet angeordnet sind, wovon jede zwei Elektroden, eine positive und eine negative, aufweist, getrennt durch ein Trennelement, wobei jede Elektrode aus mindestens einem Gitter aus elektrisch leitendem Material gebildet ist das geeignet ist, eine positiv oder negativ aktive Paste zu tragen.
• Bei bekannten Batterien der oben angeführten Art wird die elektrische Verbindung mehrerer in Serie geschalteter Zellen durch geschweißte Brücken aus einem leitenden Material erreicht, das die Elektroden von entgegengesetzter Polarität in aneinandergrenzenden Zellen miteinander verbindet.
• Diese Art der Verbindung kann auf verschiedene Weise unterbrochen werden: beispielsweise durch unsachgemäße Schweißung oder durch Korrosion dieser Schweißung aufgrund der Ausbildung von lokalen Zellen.
• Solche Unterbrechungen in den elektrischen Verbindungen führen dazu, daß die Batterie zu funktionieren aufhört und unter bestimmten Umständen zu schwerwiegenderen Konsequenzen, wie beispielsweise ihrer Entladung.
• Um diese Probleme zu vermeiden, sind bei Batterien der oben beschriebenen Art zumindest eine negative Elektrode und eine positive Elektrode von zwei unterschiedlichen Zellen unter Verwendung desselben Gitters ausgebildet dessen unterschiedlichen Abschnitte die positiv aktive Paste bzw. die negativ aktive Paste tragen.
• Batterien dieser zuletzt genannten Art sind aus der WO-A-8912329 und der EP-A-0107976 bekannt. Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt eine Batterie dar, welche die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aufweist, wodurch die Herstellung von Gittern vereinfacht wird.
• Bei Batterien nach der Erfindung wird die elektrische Verbindung zwischen Elektroden unterschiedlicher Polarität in aneinandergrenzenden Zellen durch das Gitter aus leitendem Material erreicht, dessen unterschiedliche Abschnitte als negative Elektrode bzw. als positive Elektrode wirken.
• Diese elektrische Verbindung ist somit in sich sicher und kann in der Praxis während der Lebensdauer der Batterie als frei von Unterbrechungen angesehen werden.
• Die Batterie gemäß der Erfindung weist einen weiteren Vorteil aufgrund der kompakten Struktur auf die keine zusätzlichen Elemente erfordertv um die gegenseitige Verbindung der verschiedenen Zellen sicherzustellen, woraus sich eine Vereinfachung im Prozeß ihrer Produktion ergibt.
• In einer Ausführungsform welche die kleinstmögliche Konfiguration einer Batterie gemäß der Erfindung darstellt, umfaßt diese erste und zweite gegenüberliegende Zellen. Die ersten und zweiten Zellen umfassen eine erste positive Elektrode bzw. eine erste negative Elektrode, die Anschlußstellen für den Anschluß außenliegender Schaltkreise aufweisen. Ein Gitter, das zwei getrennte Abschnitte aufweist, die positiv bzw. negativ aktive Pasten tragen, ist bezüglich der ersten positiven und negativen Elektrode so gelagert, daß der Abschnitt, der die positiv aktive Paste trägt, der ersten negativen Elektrode gegenüberliegt und dabei die positive Elektrode der zweiten Zelle bildet und daß der Bereich, der die negativ aktive Paste trägt, der ersten positiven Elektrode gegenüber liegt und dabei die negative Elektrode der ersten Zelle bildet.
• Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung. Diese nimmt auf die Zeichnungen im Anhang Bezug, die ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel darstellen, wobei:
• Figur 1 bis 3 schematisch die aufeinander folgenden Schritte bei der Zusammenstellung einer Batterie gemäß der Erfindung zeigt und
• Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Batterie gemäß der Erfindung darstellt.
• Eine elektrische Batterie (Fig. 1-3) umfaßt ein Gehäuse 10, das durch einen schachtelförmigen Behälter 12 mit zwei fehlenden Flächen gebildet wird, die durch eine Abdeckung 14 bzw. ein Seitenelement 16 verschlossen werden, wobei letzteres einen positiven Pol 18a und einen negativen Pol 18b trägt, um die Batterie an außenliegende Schaltkreise anschließen zu können.
• Innerhalb des Gehäuses 10 sind sechs Zellen 20a-20f in einer Matrix angeordnet, die aus zwei Zeilen und drei Spalten besteht.
• Jede Zelle 20 umfaßt eine positive Elektrode 22, welche gegenüber einer negativen Elektrode 24 angeordnet I5tV ein Trennelement 26, das zwischen diesen angeordnet ist und einen frei strömenden oder örtlich fixierten Elektrolytv der in den Zeichnungen nicht sichtbar ist.
• Die Zelle kann mit einem Elektrolyt durch die Öffnungen 28 (Fig. 3) gefüllt werden, die in der Abdeckung 14 korrespondierend zu jeder Zelle 20 ausgebildet sind.
• Die Elektroden 22, 24 der Zellen 20 sind in ersten und zweiten parallelen Ebenen 30 bzw. 32 derart angeordnet, daß die Elektroden 20, 24 unterschiedlicher Polarität in schachbrettartiger Anordnung in jeder Ebene 30, 32 liegen.
• Die zwei Zellen 20c, 20d in der Endspalte der Matrix in der ersten Ebene 30 entlang des Seitenelements 16 (Fig. 1, 2) weisen eine erste positive Elektrode 22c und eine erste negative Elektrode 24d mit Anschlußstellen 34a, 34b für deren Anschluß an die Pole 18 auf (Fig. 3).
• Diese Elektroden 22c, 24d sind in bekannter Weise in Gitterstruktur aufgebaut, beispielsweise aus einer Bleilegierung, die eine aktive Paste trägt.
• Ebenso weisen in der ersten Ebene 30 die zwei verbleibenden Paare von Zellen 20a, 20b, 20e, 20f jeder Zeile der Matrix jeweilige Gitter 36a, 36b aus leitendem Material auf, insbesondere aus einer Bleilegierung ähnlich der, die für die Elektroden 22c, 24d verwendet wird.
• Unterschiedliche Abschnitte 38a, 38b der Gitter 36 tragen eine positiv aktive Paste bzw. eine negativ aktive Paste, die weitere positive Elektroden 22a, 22b bzw. negative Elektroden 24b, 24f bilden.
• In der zweiten Ebene 32 (Fig. 2) weisen das Paar von Zellen 20a, 2º0 der Endspalte gegenüber der Endspalte, die die Zellen 20c, 20d mit der ersten positiven Elektrode 22c und negativen Elektrode 24d umfaßt, sowie die zwei verbleibenden Paare von Zellen 20b, 20c, 20d, 20e jeder Zeile der Matrix weitere jeweilige Gitter 36c, 36d, 36e auf, die mit aktiver Paste in ähnlicher Weise überzogen sind, wie jene, welche in der ersten Ebene 30 angeordnet sind.
• Die verschiedenen Zellen 20 sind voneinander mittels jeweilige Ränder 40 aus isolierendem Material, beispielsweise Harz getrennt, welche zwischen den zwei Abschnitten 38 jedes Gitters 36 und in den Zwischenräumen zwischen aneinandergrenzenden Zellen 20 angeordnet sind.
• Diese Isolierung wird auch durch eine Wand 42 bewirkt, deren weiteren Aufgabe die Aussteifung des Gehäuses 10 ist und die zwischen den beiden Zeilen von Zellen 20 entlang der mittleren Spalte und der Spalte nahe zum Seitenelement 16 nach oben ragt.
• Die Gitter wirken als elektrische Verbindungsmittel zwischen zwei Elektroden 22, 24 unterschiedlicher Polarität, die an jedem Gitter 36 ausgebildet sind und verbinden somit die zwei unterschiedlichen Zellen 20 in Serie, zu denen die Elektroden 22, 24 gehören. Als Ergebnis der oben beschriebenen Anordnung, sind die sechs Zellen 20 somit miteinander in Serie geschaltet verbunden, sodaß die gesamte Spannung, die von der Batterie geliefert wird, der Summe der Spannungen der einzelnen Zellen 20 entspricht.
• Es ist klar, daß es möglich ist, die Spannung, die von der Batterie geliefert wird, zu vergrößern oder zu verringern, indem die Zahl der miteinander in Serie verbundenen Zellen in einer Anordnung, ähnlich zu der oben beschriebenen, variiert ist.
• Die Methode zur Herstellung der Batterie nach der Erfindung (Fig. 1) umfaßt die Anordnung isolierender Ränder 40a, 40b am Boden des Gehäuses und in der Folge die Anordnung der Elektroden 22c, 24d und der Gitter 36a, 36b der ersten Ebene 30, die mit aktivem Material überzogen sind, auf den Rändern in der ersten Ebene 30. Dann (Fig. 2) werden die isolierenden Ränder 40c, 40e angeordnet und die Trennelemente 26 auf die Elektrode 22, 24 der ersten Ebene 30 gelegt und die Gitter 36c, 36d, 36e der zweiten Ebene 32, die mit aktivem Material überzogen sind, auf die Trennelemente 26 gelegt.
• Schließlich (Fig. 3) werden die isolierenden Ränder 40f, 40g, 40h, 40i, 40l angeordnet und das Gehäuse 10 mit einer Abdeckung 14 und einem Seitenelement 16 verschlossen.
• Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungsform der Batterie gemäß der Erfindung dar, bei dem korrespondierende oder äquivalente Teile zu dem vorher genannten mit dem selben Bezugszeichen versehen sind.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl elementarer Einheiten, von denen jede aus sechs Zellen 20 gebildet wird, die in einer Matrix ähnlich der vorher beschriebenen angeordnet sind, in einem Gehäuse 10 zusammengepackt.
• Jeweilige Verbindungselemente 44a, 44b verbinden die Anschlußstellen 34a, 34b derselben Polarität und verbinden diese zu einem jeweiligen Pol 18a, 18b, welcher vom Gehäuse 10 absteht.
• Die verschiedenen elementaren Einheiten sind so elektrisch parallel geschaltet, woraus ein Anstieg der Kapazität der Batterie resultiert, welcher zu der Zahl der elementaren Einheiten proportional ist, die miteinander verbunden sind.

Claims (6)

1. Elektrische Batterie, die ein Gehäuse umfaßt, in dem mindestens zwei Zellen (20) elektrisch in Serie geschaltet angeordnet sind, wovon jede zwei Elektroden, eine positive (22) und eine negative (24), aufweist, getrennt durch ein Trennelement (26), wobei jede Elektrode (22, 24) aus mindestens einem Gitter aus elektrisch leitendem Material gebildet ist, das geeignet ist, eine positiv oder negativ aktive Paste zu tragen, und wobei mindestens eine negative Elektrode (24) und eine positive Elektrode (22) zweier verschiedener Zellen (20) unter Verwendung des selben Gitters (36) ausgebildet sind, dessen verschiedene Bereiche (38a, 38b) die positiv aktive Paste und die negativ aktive Paste tragen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bereiche (38a, 38b) jedes Gitters (36) durch Ränder (40) aus isolierendem Material voneinander getrennt sind.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Seite an Seite eine erste Zelle und eine zweite Zelle (20) umfaßt, wobei die erste und zweite Zelle (20) eine erste positive und eine erste negative Elektrode mit Anschlußstellen (34) für den Anschluß eines außenliegenden Schaltkreises umfassen, sowie ein Gitter (36), das zwei getrennte Bereiche (38a, 38b) aufweist, die die positiv aktive Paste und die negativ aktive Paste tragen, wobei das Gitter der ersten positiven bzw. negativen Elektrode so vorgelagert ist, daß der Bereich (38a), der die positiv aktive Paste trägt, gegenüber der ersten negativen Elektrode angeordnet ist und dabei die positive Elektrode der zweiten Zelle bildet und daß der Bereich (38b), der die negativ aktive Paste trägtv gegenüber der ersten positiven Elektrode angeordnet ist und dabei die negative Elektrode der ersten Zelle bildet.

3. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine aus sechs Zellen (20) gebildete Einheit umfaßt, wobei diese in einer Matrix aus zwei Reihen und drei Spalten angeordnet sind und jeweils eine positive Elektrode (22) umfassen, die gegenüber einer negativen Elektrode (24) unter Zwischenlage eines Trennelementes (26) angeordnet sind, und wobei die Elektroden (22, 24) der sechs Zellen (20) in einer ersten Ebene (30) und einer zweiten Ebene (32) angeordnet sind und die Ebenen zueinander parallel sind, sodaß die Elektroden (22, 24) unterschiedlicher Polarität schachbrettartig in jeder Ebene angeordnet sind.

4. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Ebene (30) die beiden Zellen (20c, 20d) einer Endspalte der Matrix eine erste positive Elektrode (22c) bzw. eine erste negative Elektrode (24d) aufweisen, die mit Anschlußstellen (34a, 34b) für den Anschluß außenliegender Schaltkreise versehen sind, daß die beiden verbleibenden Paare (20a, 20b; 20e, 20f) von Zellen jeder Reihe der Matrix jeweilige Gitter (36a, 36b) aufweisen, deren unterschiedliche Bereiche (38a, 38b) eine positiv aktive Paste und eine negativ aktive Paste tragen und dadurch weitere positive Elektroden (22a, 22e) und negative Elektroden (24b, 24f) ausbilden, und daß in der zweiten Ebene (32) das Paar von Zellen (20a, 20f) der Endspalte gegenüber der Endspalte, die die Zellen (20c 20d) mit der ersten positiven Elektrode (22c) und negativen Elektrode (24d) und die beiden verbleibenden Paare (20b, 20c; 20e, 20d) von Zellen jeder Reihe der Matrix enthält, Gitter (36c, 36d, 36e) umfaßt, deren unterschiedliche Abschnitte (38a, 38b) eine positiv aktive und eine negativ aktive Paste tragen und dadurch weitere positive Elektroden (22b, 22d, 22f) und negative Elektroden (24c, 24e, 24a) ausbilden.

5. Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) eine aussteifende Wand (42) aufweist, die zwischen den beiden Reihen von Zellen (20) der zentralen Spalte und der Endspalte, in der die Zellen (20c, 20d) liegen, die die mit Anschlußstellen (34a, 34b) versehenen Elektroden (22c, 24d) aufnehmen, nach oben ragt.

6. Batterie nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Einheiten umfaßt, die im Gehäuse gestapelt mit jeweiligen Verbindungselementen (44a, 44b) angeordnet sind, welche die Anschlußstellen (34a, 34b) der selben Polarität zu einem jeweiligen Pol (18a, 18b), der von dem Gehäuse (10) absteht, miteinander verbinden.