DE69823172T2 - Integrierte geschlossene sekundärbatterie - Google Patents

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Mitsugu Kosai-shi TAKAKI
Kenji Kosai-shi SATOU
Ryo Kadoma-shi IWAMURA
Toshinobu Kadoma-shi YOKOYAMA
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasdichte Sekundärbatterieanordnung, die für NiH-Sekundärbatterien oder dergleichen eingesetzt wird, die die Antriebsenergiequelle für ein Elektrofahrzeug bilden.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Gasdichte Sekundärbatterieanordnungen dieses Typs sind bereits bekannt und werden in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-85847 offenbart. Dieses Beispiel nach dem Stand der Technik hat einen Aufbau, wie er in 16 dargestellt ist. Das heißt, elektrizitätserzeugende Elemente sind in Batteriegehäusen 36 aufgenommen, die aus Kunstharz bestehen und in rechteckiger Röhrenform mit einem Boden ausgebildet sind, wobei die Öffnungen dieser Batteriegehäuse 36 mit Abdeckungen 37 abgedichtet sind, die aus Kunstharz bestehen, um Zellen 32 zu bilden, wobei eine Vielzahl derselben in Reihe angeordnet ist und die Batteriegehäuse 36 dieser Zellen 32 durch Abschlussplatten 35 und Haltebügel 34 in zusammengehaltenem Zustand verbunden sind. Des Weiteren durchdringen säulenförmige positive Elektrodenanschlüsse 38 und negative Elektrodenanschlüsse 39 der Zellen die Abdeckungen 37 und stehen über sie hinaus vor, wobei diese Anschlüsse 38 und 39 durch eine elektrische Verbindungsschiene 40 elektrisch verbunden sind.
  • Der positive Elektrodenanschluss 38 und der negative Elektrodenanschluss 39 müssen an Abdeckung 37 in einem Zustand angebracht sein, in dem Abdichtung gewährleistet ist. Eine bekannte Anbringungskonstruktion ist in 17 dargestellt. Diese Anschlüsse 38 und 39 werden als Polklemme 41 bezeichnet. Diese Polklemme 41 umfasst: einen Säulenkörper 43, der durch ein Loch 42 hindurchtritt, das in der oberen Wand von Abdeckung 37 vorhanden ist, einen Flansch 45, der über einen O-Ring 44 Druckkontakt mit der unteren Seite der Oberwand von Abdeckung 37 herstellt, sowie einen Gewindeteil 47, der eine elektrische Verbindungsschiene 40 fixiert, indem eine Mutter 46 durch Auf schrauben von Mutter 46 auf die Oberseite von Säulenkörper 43 befestigt wird. Polklemme 41 ist an Abdeckung 37 mittels einer Ring-Druckfeder 48 angebracht.
  • Wenn jedoch eine Konstruktion wie bei dem Beispiel nach dem Stand der Technik eingesetzt wird, bei der der positive Elektroden- und der negative Elektrodenanschluss 38 und 39, d. h. die Polklemmen 41, über Abdeckung 37 vorstehen und diese elektrisch durch eine elektrische Verbindungsschiene 40 verbunden sind, nimmt die Höhe der Sekundärbatterie um den Betrag zu, um den die Polklemmen 41 über die Abdeckung 37 hinaus vorstehen, was den Anforderungen hinsichtlich Kompaktheit zuwider läuft. Des Weiteren muss Abdichtung separat zwischen Polklemme 41 und Abdeckung 37 hergestellt werden, und wenn die Abdeckung nicht ausreicht, besteht das Problem, dass Flüssigkeit oder Gas direkt nach außen austreten kann. Ein weiteres Problem bestand darin, dass der Stromweg von Polklemme 41 über die elektrische Verbindungsschiene 40 zu Polklemme 41 lang war.
  • Ein weiteres Problem bestand darin, dass, da, wie in 17 dargestellt, die Konstruktion zur elektrischen Verbindung und die Konstruktion zur Anbringung der Polklemmen kompliziert waren, die Anzahl der Einzelteile hoch war, wodurch die Kosten zunahmen.
  • Die Tatsache, dass die Konstruktion für elektrische Verbindung und die Konstruktion für die Anbringung der Polklemmen kompliziert sind, d. h., dass ihre Abdichtstruktur an sich kompliziert ist, bedeutet, dass die Abdichtfestigkeit schwer zu gewährleisten ist. Es erübrigt sich zu sagen, dass, um hohe Dichtleistung zu erzielen, die Konstruktion der Positionen, die abgedichtet werden müssen, vorzugsweise einfach sein sollte.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine gasdichte Sekundärbatterieanordnung mit ausgezeichneter Dichtungskonstruktion um die elektrischen Verbindungselemente herum zu schaffen.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung eine gasdichte Sekundärbatterieanordnung, bei der elektrizitätserzeugende Elemente in Gehäusen aufgenommen sind, die aus Kunstharz bestehen und in rechteckiger Röhren form mit einem Boden ausgebildet sind, wobei eine Vielzahl von Zellen, die gebildet werden, indem Öffnungen der Gehäuse mit Abdeckungen abgedichtet werden, die aus Kunstharz bestehen, in Reihe angeordnet sind und diese Zellen durch elektrische Verbindungselemente elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse der einzelnen Zellen integral verbunden sind und die Abdeckungen der einzelnen Zellen durch eine aus einem Stück bestehende Abdeckung gebildet werden, Trageelemente, die aus Kunstharz bestehen und in denen elektrische Verbindungselemente fixiert sind, mit Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitten verbunden sind, die an Trennabschnitten vorhanden sind, die den Raum für die Zellen begrenzen, wobei die elektrischen Verbindungselemente dabei so angeordnet sind, dass sie durch die Trennabschnitte hindurchtreten.
  • Bei der oben beschriebenen Konstruktion kann, da eine intern verbundene Struktur durch die elektrischen Verbindungselemente gebildet wird, die durch die Trennabschnitte hindurchtreten, die die einzelnen Zellen trennen, die Höhe der Batterie gegenüber dem Stand der Technik verringert werden, so dass die Sekundärbatterie kompakter ausgeführt werden kann. Des Weiteren ist aufgrund des Einsatzes der intern verbundenen Konstruktion eine Abdichtstruktur zwischen diesen und den Abdeckungen im Unterschied zu den Beispielen nach dem Stand der Technik nicht notwendig. Dies ist des Weiteren unter dem Aspekt der Sicherheit insofern von Vorteil, als, selbst wenn die Dichtung um die elektrischen Verbindungselemente herum unzureichend wäre, es nicht zum Austreten von Flüssigkeit oder dem direkten Entweichen von Gas nach außen kommen kann.
  • Des Weiteren kann bei der oben beschriebenen Konstruktion, da die elektrischen Verbindungselemente so eingerichtet sind, dass sie durch die Trennabschnitte hindurchtreten, indem die Kunstharz-Trageelemente verbunden werden, in denen die elektrischen Verbindungselemente an Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitten befestigt sind, die in den Trennabschnitten vorhanden sind, die Abdichtung zwischen den elektrischen Verbindungselementen und den Trageelementen unabhängig an der Außenseite durchgeführt werden. Dadurch kann Abdichtung um die elektrischen Verbindungselemente herum zuverlässig durchgeführt werden. Des Weiteren kann die Abdichtung zwischen den Trageelementen und den Trennabschnitten leicht zuverlässig durchgeführt werden, da beide aus Kunstharz bestehen, so dass eine gasdichte Sekun därbatterieanordnung geschaffen werden kann, die eine ausgezeichnete Abdichtstruktur um die elektrischen Verbindungselemente herum hat. Des Weiteren kann, da die elektrischen Verbindungselemente über einen Stromweg mit kürzester Strecke zwischen den einzelnen Zellen verbunden werden können, der Widerstand zwischen den einzelnen Zellen verringert werden. Des Weiteren lassen sich, da der Großteil der Abdichtstruktur, d. h. Polklemme, Mutter, elektrische Verbindungsschiene und ringförmige Druckfeder, die bei dem Beispiel nach dem Stand der Technik erforderlich waren, weggelassen werden kann, die Kosten reduzieren. Da die Konstruktion einfacher und bequemer ist als bei den Beispielen nach dem Stand der Technik, lassen sich bessere Dichtungseigenschaften erzielen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann eine Konstruktion eingesetzt werden, bei der die Gehäuse der einzelnen Zellen separat hergestellt werden und diese unter Verwendung von Abschlussplatten und Haltebügeln gehalten werden, so dass diese Gehäuse integral verbunden sind. Des Weiteren könnte ein aus einem Stück bestehendes Gehäuse hergestellt werden, indem diese Gehäuse verbunden werden. Als Alternative dazu könnte ein aus einem Stück bestehendes Gehäuse hergestellt werden, das aus aus einem Stück bestehenden Formkörper besteht. Des Weiteren könnte die aus einem Stück bestehende Abdeckung geschaffen werden, indem Abdeckungen für die einzelnen Zellen separat hergestellt werden und diese Abdeckungen verbunden werden. Unter den Aspekten Einfachheit der Herstellung (da eine aus einem Stück bestehende Abdeckung auch bei großer Fläche geringe Dicke hat, eignet sie sich gut für einen aus einem Stück bestehenden Harz-Formkörper), Festigkeit und Steifigkeit ist Konstruktion in Form eines aus einem Stück bestehenden Formkörpers ideal.
  • Wenn gemäß der Erfindung eine Konstruktion eingesetzt wird, bei der ein Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitt hergestellt wird, indem eine Aussparung in der Oberseite der Trennabschnitte des aus einem Stück bestehenden Gehäuses ausgebildet wird, können, da das Trageelement in einer Form ausgebildet ist, die in diese Aussparung passt, so dass die beiden in einem Zustand verbunden werden, in dem das Trageelement in die Trageelementanbringungs-Durchlasseinheit eingepasst ist, diese beiden mit geringem Arbeitsaufwand unter Einsatz von Mitteln, wie beispielsweise Schweißen oder Kleben, verbunden werden, indem der Tragekörper, in dem das elektrische Verbindungselement fixiert ist, von oben in die Aussparung (Trageelementanbrin gungs-Durchlassabschnitt) eingepasst wird, die in der Oberseite des Trennabschnitts vorhanden ist. Wenn die Gehäuse der einzelnen Zellen separat hergestellt werden und diese Gehäuse entweder durch Halten verbunden oder so zusammengefügt werden, dass sie ein aus einem Stück bestehendes Gehäuse bilden, können die zwei zusammengefügt werden, indem entsprechende Aussparungen der Oberseite der Verbindungswände der Gehäuse der einzelnen Zellen so ausgebildet werden, dass diese Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitte der Trennabschnitte bilden, und Trageelemente in einer Form ausgebildet werden, durch die sie so eingesetzt werden können, dass sie zwei benachbarte Aussparungen überspannen, und zwar in einem Zustand, in dem die Trageelemente in die Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitte eingesetzt werden.
  • Wenn gemäß der Erfindung die Oberseite des Trageelementes und die Oberseite des Trennabschnitts der Gehäuse koplanar aufgebaut sind, kann der Vorgang des Befestigens der Gehäuse und der aus einem Stück bestehenden Abdeckung problemlos durchgeführt werden.
  • Wenn gemäß der Erfindung die Gehäuse, die aus einem Stück bestehende Abdeckung und die Trageelemente aus dem gleichen Harz bestehen, können die drei leicht zusammengefügt werden, und insbesondere Zusammensetzen durch Schweißen ist einfach und zuverlässig.
  • Wenn gemäß der Erfindung eine Konstruktion eingesetzt wird, bei der das elektrische Verbindungselement aus einer Metallstange besteht, und das Trageelement ein Durchgangsloch zum Einpressen der Metallstange hat, die Metallstange in dem Trageelement fixiert wird, indem die Metallstange in das Trageelement eingedrückt wird, während, wenn erforderlich, die Metallstange Ultraschallschwingung, Erhitzen oder beidem ausgesetzt wird, kann die Abdichtkonstruktion hinsichtlich des Trageelementes um das elektrische Verbindungselement (Metallstange) herum zuverlässig ausgeführt werden. Das heißt, wenn die Metallstange in das Durchgangsloch des Trageelementes eingedrückt wird, die Metallstange Ultraschallschwingung, Erhitzen oder beidem ausgesetzt wird, kommt das Harz um die Durchgangslöcher des Trageelementes herum leicht ins Schmelzen und verfestigt sich anschließend, womit ein Dichtungsvorgang erreicht wird, und das Trageelement in einem Zustand fixiert wird, in dem die Metallstange in dem eingepressten Zustand um ihren Umfang herum festgeklemmt ist, so dass die Abdichtkonstruktion zwischen der Metallstange und dem Durchgangsloch zuverlässig ausgeführt werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird, wenn eine Umfangsnut in der Metallstange vorhanden ist und wenn die Metallstange in das Durchgangsloch des Trageelementes gedrückt wird, ein Teil des Harzes des Trageelementes in diese Nut hinein geschmolzen wird, indem Ultraschallschwingung, Erhitzen oder beides eingesetzt wird, und dann Verfestigung folgt, Bewegung der Metallstange in der axialen Richtung durch das Harz eingeschränkt, das in die Nut der Metallstange geschmolzen ist und sich darin verfestigt hat, so dass zuverlässiges Fixieren der Metallstange in dem Trageelement erreicht wird.
  • Gemäß der Erfindung kann, wenn eine Konstruktion eingesetzt wird, bei der eine Umfangs-Haltenut in der Innenfläche de Durchgangslochs des Trageelementes ausgebildet ist und ein O-Ring, der an den Umfang der Metallstange gedrückt wird, in dieser Haltenut gehalten wird, und des Weiteren eine Konstruktion eingesetzt wird, bei der weiches, klebendes Dichtungsmittel in die Haltenut eingebracht wird, Dichtung zwischen dem elektrischen Verbindungselement (Metallstange) und dem Trageelement weiter verbessert werden. Das heißt, es kann, obwohl möglicherweise die Gefahr besteht, dass, da Wärme erzeugt wird, wenn die Batterie in Einsatz ist, das Durchgangsloch des Kunstharz-Halteelementes, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als das Metall, sich ausdehnt und ein Zwischenraum zwischen ihm und der Metallstange entsteht, Dichtung durch die Wirkung des O-Rings etc. gewährleistet werden.
  • Gemäß der Erfindung könnte das elektrische Verbindungselement ein einzelnes Element aus Nickel sein, jedoch auch aus einem Verbundmaterial, wie beispielsweise Fe-Ni, Cu-Ni, Cu-SUS oder Cu-Ag usw. bestehen oder könnte aus einem anderen einzelnen Metallelement als Nickel bestehen.
  • Gemäß der Erfindung könnte eine Konstruktion eingesetzt werden, bei der ein Halteelementanbringungs-Durchlassabschnitt hergestellt werden könnte, indem eine Aussparung in der Unterseite des Trennabschnitts der aus einem Stück bestehenden Abdeckung ausgebildet wird und das Trageelement in einer Form ausgebildet wird, die in diese Aussparung passt, so dass die zwei in einem Zustand zusammengesetzt werden, in dem das Trageelement in den Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitt eingepasst ist.
  • Wenn gemäß der Erfindung eine Konstruktion eingesetzt wird, bei der das elektrische Verbindungselement eine Metallstange ist und die Metallstange mit dem Trageelement durch Aufformen verbunden wird, kann ein elektrisches Verbindungselement mit einem angebrachten Trageelement geschaffen werden, das sich gut für die Massenherstellung eignet.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführung der vorliegenden Erfindung als Ganzes zeigt;
  • 2 ist eine Perspektivansicht, die die obenstehende Ausführung mit einer aus einem Stück bestehenden Abdeckung und einem aus einem Stück bestehenden Batteriegehäuse in getrenntem Zustand zeigt;
  • 3 ist eine Draufsicht, die das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse zeigt;
  • 4 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Vorderansicht, die das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse zeigt;
  • 5 ist eine Draufsicht, die die aus einem Stück bestehende Abdeckung zeigt;
  • 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E in 5, die die aus einem Stück bestehende Abdeckung zeigt;
  • 7 ist eine Schnittansicht, die die Beziehung zwischen einer Abdeckung und einem Batteriegehäuse zeigt;
  • 8 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Vorderansicht, die das Batteriegehäuse zeigt;
  • 9 ist eine Unteransicht, die das Batteriegehäuse zeigt;
  • 10 ist eine Draufsicht, die verschiedene Typen von Batteriegehäusen zeigt;
  • 11 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Draufsicht, die den zusammengesetzten Zustand der Batteriegehäuse zeigt;
  • 12 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Draufsicht, die ein elektrisches Verbindungselement und ein Trageelement desselben zeigt;
  • 13 ist eine Perspektivansicht, die das elektrische Verbindungselement und das Trageelement zeigt;
  • 14 ist eine Vorderansicht, die das elektrische Verbindungselement zeigt;
  • 15 ist eine Schnittansicht, die ein abgewandeltes Beispiel des elektrischen Verbindungselementes und des Trageelementes desselben zeigt;
  • 16 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel nach dem Stand der Technik zeigt; und
  • 17 ist eine Schnittansicht, die die Abdichtkonstruktion einer Polklemme nach dem Stand der Technik zeigt.
  • BESTE ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Diese Ausführung betrifft eine NiH-Sekundärbatterieanordnung, die als eine Antriebsenergiequelle für ein Elektrofahrzeug entwickelt wurde. In dieser Sekundärbatterie sind, wie in 1 bis 6 dargestellt, elektrizitätserzeugende Elemente 1 in Batteriegehäusen 3, die aus Kunstharz bestehen und in Form rechteckiger Röhren mit einem Boden ausgebildet sind, aufgenommen, wobei zehn Zellen 2a bis 2j, die durch Abdichten der Öffnun gen der Batteriegehäuse 3 mit Abdeckungen 4, die aus Harz bestehen, gebildet werden, in einer Reihe angeordnet sind und diese in Reihe elektrisch verbunden sind.
  • Die Batteriegehäuse 3 der Zellen 2a bis 2j werden unter Verwendung von Schweißeinrichtungen miteinander verbunden, so dass ein aus einem Stück bestehendes Batteriegehäuse 51 entsteht.
  • Die Abdeckungen 4 werden durch eine aus einem Stück bestehende Abdeckung 52 gebildet, die aus aus einem Stück bestehendem Harz-Formkörper besteht, dessen Innenraum durch Trennabschnitte 53 (siehe 6), die an dieser aus einem Stück bestehenden Abdeckung 52 vorhanden sind, in voneinander unabhängige Zellen 2a bis 2j unterteilt wird.
  • Wenn die Batteriegehäuse 3 miteinander verbunden werden, bilden die zwei aneinandergrenzenden Verbindungswände 54a, 54b einen Trennabschnitt 54, der jede Zelle 2a bis 2j abteilt. Die Zellen 2a bis 2j werden in Reihe elektrisch miteinander verbunden, indem elektrische Verbindungselemente 9 durch die Trennabschnitte 54 dieser Batteriegehäuse 3 hindurch angeordnet werden.
  • In Trennabschnitten 53 der Abdeckungen 4 und Trennabschnitten 54 der Batteriegehäuse 3 sind jeweils Kühlmittelkanäle 55, 56 ausgebildet, die mit der Außenseite in Verbindung stehen. Das Kühlen der Zellen 2a bis 2j wird durchgeführt, indem Kühlluft unter Druck durch diese Kühlmittelkanäle 55, 56 geleitet wird.
  • Die Batteriegehäuse 3 der Zellen 2a bis 2j sind integral aus Harz, wie beispielsweise PP/PPE-Gemisch, ausgebildet. An den Außenflächen (Verbindungsflächen) 57 der Verbindungswände 54a, 54b, die die Seitenwände der längsten Seite dieser Batteriegehäuse 3 bilden, ist eine Vielzahl von Luftstromführungen (Vorsprünge) 15 ausgebildet, die Kühlmittelkanäle 56 bilden. Bei dem in 8 und 9 dargestellten Beispiel sind in jedem Gehäuse 6 Luftstromführungen 15 vorstehend vorhanden und erstrecken sich in Form von Streifen in der vertikalen Richtung der entsprechenden Außenflächen 57 der zwei Verbindungswände 54a, 54b, einschließlich der Luftstromführungen 15 an beiden Stirnseiten. Diese Luftstromführungen 15 erstrecken sich von der Unterseite des Batteriegehäuses 3 bis an eine Position an ungefähr 3/4 der Höhe des Batteriegehäuses 3, wobei keine Luftstromführungen 15 ungefähr im obersten Viertel der Verbindungsfläche 57 vorhanden sind. In den Bereichen, in denen diese Luftstromführungen 15 nicht vorhanden sind, ist eine Vielzahl spitzer Vorsprünge 16 in Form kurzer zylindrischer Säulen vorhanden, um ordnungsgemäßen Abstand zu gewährleisten. Das Maß des Vorstehens dieser spitzen Vorsprünge 16 von der Verbindungsfläche 57 ist so ausgebildet, dass es dem der Luftstromführungen 15 entspricht.
  • In 8 und 9 sind 17 Positions-Fixier-Aussparungen, und 18 sind Positions-Fixier-Vorsprünge, die in die Positions-Fixier-Aussparungen 17 passen, wobei diese an vorgegebenen Luftstromführungen 15 vorhanden sind.
  • Auch an den entsprechenden Außenflächen der linken und der rechten Seitenwand 58a, 58b, die die Seitenwände an den kürzesten Seiten der Batteriegehäuse 3 bilden, ist vorstehend in der horizontalen Richtung ein Paar oberer und unterer Einschränkrippen 104 vorhanden, die Bewegung eines Haltebügels 14 in der vertikalen Richtung einschränken.
  • Des Weiteren sind an den Oberseiten der zwei Verbindungswände 54a, 54b der Batteriegehäuse 3 V-förmige Aussparungen 11a, 11b ausgebildet. Eine Aussparung 11a ist in einer Richtung in der Links-/Rechts-Richtung gegenüber der Mitte dieser Oberseite versetzt angeordnet, während die andere Aussparung 11b in der anderen Richtung in der Links-/Rechts-Richtung gegenüber der Mitte dieser Oberseite versetzt angeordnet ist.
  • Bei dem oben beschriebenen Beispiel wurden Aussparungen 11a, 11b jeweils an beiden Verbindungswänden 54a, 54b der Batteriegehäuse 3 vorgesehen, die Aussparungen 11a, 11b sind jedoch nicht notwendig und könnten an den Seitenwänden 54c an der Außenseite der Batteriegehäuse 3 der Zellen 2a, 2j hinderlich sein, die an beiden Enden angeordnet sind. Dementsprechend wurden, wie in 10 dargestellt, vier Typen von Batteriegehäusen 3 hergestellt, wobei die Notwendigkeit der Aussparungen 11a, 11b und der Links-/Rechts-Symmetrie berücksichtigt wurde. In 10 ist das mit A gekennzeichnete Batteriegehäuse zum Einsatz in Zelle 2a ein Batteriegehäuse 3, das nicht mit einer Aussparung S (in 10 schraffiert dargestellt) an der äußeren Seitenwand 54c versehen ist. Das mit B gekennzeichnete Batteriegehäuse ist ein Batteriegehäuse 3 für die Zellen 2b, 2d, 2f, 2h, wie es unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben wird. Das mit C gekennzeichnete Batteriegehäuse ist ein Batteriegehäuse 3 für Zellen 2c, 2e, 2g, 2i mit einer Aussparung S an einer Position symmetrisch zu der Aussparung B. Das Batteriegehäuse, das mit D gekennzeichnet ist, ist ein Batteriegehäuse für Zelle 2j, wobei diese an Positionen symmetrisch zu der Aussparung A und der äußeren Seitenwand 54c vorhanden sind.
  • Zehn Batteriegehäuse 3 werden durch Verschweißen miteinander verbunden, so dass ein aus einem Stück bestehendes Batteriegehäuse 51 entsteht. Das heißt, wie in 11 und 4 dargestellt, in einem Zustand, in dem Luftstromführungen 15 und spitze Vorsprünge 16 der Verbindungswände 54a, 54b benachbarter Batteriegehäuse 3 aneinander anliegen, und in dem Positions-Fixier-Vorsprünge 18 durch Einpassen in Positions-Fixier-Aussparungen 17 fixiert werden, werden Batteriegehäuse 3 entlang der Grenzlinien N von zwei Verbindungswänden 54a, 54b (d. h. der Verbindungslinie von Luftstromführungen 15, die an den zwei seitlichen Endteilen ausgebildet sind) miteinander verbunden, indem die Abschnitte in der Nähe dieser Linie von außen erhitzt werden, so dass das Harz zum Schmelzen gebracht wird und das Harz anschließend verfestigt wird. Des Weiteren befinden sich an diesem Punkt die Aussparungen 11a, 11b der zwei Verbindungswände 54a, 54b, die in Verbindungsbeziehung sind, an einander überlappenden Positionen.
  • Kühlmittelkanäle 54, die die Luft (Kühlmittel) in der Aufwärtsrichtung leiten, werden durch die zwei Verbindungswände 54a, 54b gebildet, d. h. durch Luftstromführungen 15, 15, die an Trennabschnitt 54 vorhanden sind, wenn diese in Verbindungsbeziehung sind. Des Weiteren wird etwa im Abschnitt des obersten Viertels der Trennabschnitte 54, indem Kontakt spitzer Vorsprünge 16, 16 in einem aneinanderliegenden Zustand hergestellt wird, ein Raum zwischen Batteriegehäusen 3 ausgebildet, durch den Luft vertikal sowie nach links und nach rechts geleitet werden kann. Dadurch wird Luftstrom, der durch Luftstromführungen 15 nach oben geleitet wird, auf die Abdeckungen 4 zu (nach oben) geleitet und kann an den Seiten der Batteriegehäuse 3 in der Links-/Rechts-Richtung nach außen strömen.
  • Bei dieser Ausführung sind Vorsprünge, wie beispielsweise Luftstromführungen 15, an Verbindungsflächen 57 jedes Batteriegehäuses 3 vorhanden, und Kühlmittelkanäle 56 werden ausgebildet, indem zusammengehörige Vorsprünge beim Zusammenfügen in Kontakt miteinander gebracht werden. Dies liegt darin begründet, dass das Maß des Vorstehens der Luftstromführungen 15 bzw. der spitzen Vorsprünge 16 von Verbindungsfläche 57 sehr klein sein kann (beispielsweise in der Größenordnung von 1 mm), und dadurch kann die Breite des Kühlmittelkanals 56 in der Zellenverbindungsrichtung sehr klein sein (beispielsweise in der Größenordnung von 2 mm), was zur Erzielung von Kompaktheit der gasdichten Sekundärbatterieanordnung von Vorteil ist.
  • Um die Batteriegehäuse 3 zu verbinden, kann neben dem Schweißen Klebstoff eingesetzt werden. Des Weiteren kann Klebstoffverbindung oder Schweißen bei allen Kontaktabschnitten der zwei Verbindungsflächen 57 eingesetzt werden.
  • Elektrizitätserzeugende Elemente 1 sind, wie in 4 dargestellt, in Batteriegehäusen 3 aufgenommen. In dem elektrizitätserzeugenden Element 1, das gebildet wird, indem eine Vielzahl positiver Elektrodenplatten und negativer Elektrodenplatten mit dazwischen befindlichen Trennelementen geschichtet werden und mit Elektrolyt aufgefüllt wird, sind ein positiver Elektrodenanschluss 5, an dem die Leitungen von jeder positiven Elektrodenplatte zusammengefasst werden, und ein negativer Elektrodenanschluss 6, an dem die Leitungen von jeder negativen Elektrodenplatte zusammengefasst werden, ausgebildet. Der positive Elektrodenanschluss 5 ist in einer Richtung in der Links-/ Rechts-Richtung versetzt, und der negative Elektrodenanschluss 6 ist an einer Position angeordnet, die in der anderen Richtung in der Links-/Rechts-Richtung versetzt ist.
  • Die Polklemme 7 des positiven Elektrodenanschlusses ist mit dem positiven Elektrodenanschluss 5 von Zelle 2a verbunden, die an einem Ende angeordnet ist, während die Polklemme 8 des negativen Elektrodenanschlusses mit dem negativen Elektrodenanschluss 6 von Zelle 2j verbunden ist, die am anderen Ende angeordnet ist. Diese Polklemme 7 des positiven Elektrodenanschlusses und die Polklemme 8 des negativen Elektrodenanschlusses bilden den positiven und den negativen Elektrodenanschluss der gasdichten Sekundärbatterieanordnung als Ganzes.
  • Das Paar Verbindungswände 54a, 54b, die in Verbindungsbeziehung sind, bildet einen Trennabschnitt 54, der den Raum für jede Zelle in dem aus einem Stück bestehenden Batteriegehäuse 51 bildet. Eine Metallstange (elektrisches Verbindungselement) 9, die aus Nickel besteht und durch diesen Trennabschnitt 54 in der horizontalen Richtung hindurchtritt, ist an einem Trageelement 19 befestigt, das integral aus Harz, wie beispielsweise PP/PPE-Gemisch, hergestellt ist. Dieses Trageelement 19 umfasst eine Halteröhre 60 sowie einen dreieckigen Flansch 61, dessen Oberseite horizontal ist. Metallstange 9 ist, wie in 12 und 13 dargestellt, in Halteröhre 60 eingepresst und tritt durch sie hindurch und wird von ihr gehalten. Flansch 61 passt in die Aussparungen (Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitte) 11a, 11b, die in der Oberseite der Verbindungswände 54a, 54b ausgebildet sind. Der Innendurchmesser von Durchgangsloch 66 von Halteröhre 60 ist etwas kleiner ausgebildet als der Außendurchmesser von Metallstange 9. Des Weiteren ist die Öffnung 80 an einem Ende von Halteröhre 60 so ausgebildet, dass sie einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der der anderen Abschnitte. Flansch 61 ist mit zwei Flügeln 61a, 61b versehen, wobei ein Luftstromraum 68 zwischen den zwei Flügeln 61a, 61b an der linken und der rechten Seite von Flansch 61 ausgebildet ist. Dieser Luftstromraum 68 ist insofern vorteilhaft, als er den Strom von Kühlluft gleichmäßig macht. Die zwei Flügel 61a, 61b kommen in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit den entsprechenden Aussparungen 11a, 11b der Verbindungswände 54a, 54b in Kontakt.
  • Metallstange 9 ist als ein Zylinder mit einem Kopf 62 ausgebildet, der in Halteröhre 60 eingepresst ist. Diese Metallstange 9 wird in Durchgangsloch 66 von Trageelement 19 eingepresst. Indem Metallstange 9 während dieses Einpressens Ultraschallschwingung ausgesetzt wird, wird das Harz von Halteelement 19 um Metallstange 9 herum zum Schmelzen gebracht, indem Reibungswärme durch diese Schwingung erzeugt wird. Dadurch wird der Einpressvorgang möglich und findet problemlos statt, wobei des Weiteren die Dichtungseigenschaften durch die Verfestigung des geschmolzenen Harzes verbessert werden. Ein O-Ring 21 ist in der Öffnung (Haltenut) 80 angeordnet, und beim Einpressen wird dieser durch Kopf 62 von Metallstange 9 zusammengedrückt. Dieser zusammengedrückte O-Ring 21 ist in Druckkontakt mit dem Umfang von Metallstange 9, wodurch die Dichtung verbessert wird. Des Weiteren wird weiches, klebendes Dichtmittel 63 auf die Innenumfangsfläche von Öffnung 80 und Metallstange 9 sowie O-Ring 21 aufgetragen, wodurch die Dichtung weiter verbessert wird.
  • Bei dieser Ausführung wurde der Einpressvorgang durchgeführt, während Metallstange 9 Ultraschallschwingung ausgesetzt war, der Einpressvorgang könnte jedoch auch ausgeführt werden, während Metallstange 9 erhitzt wird, oder während Metallstange 9 so wohl Wärme als auch Ultraschallschwingung ausgesetzt wird. Des Weiteren könnte Metallstange 9 lediglich mit einem Einpressvorgang einfach in Trageelement 19 eingeführt werden.
  • Des Weiteren ist es, wie in 15 dargestellt, möglich, eine Anordnung einzusetzen, bei der eine Vielzahl von Nuten 64 um den Umfang von Metallstange 9 herum vorhanden sind und eine Haltenut 65 ausgebildet ist, die O-Ring 21 hält, wobei Metallstange 9 in Durchgangsloch 66 von Halteelement 19 eingepresst wird und dabei Ultraschallschwingung, Erhitzen oder beidem ausgesetzt ist. Weiches klebendes Dichtmittel 63 wird in Haltenut 65 und die Nuten 64 eingebracht. Bei einer derartigen Anordnung wird ein Teil 67 des Harzes von Trageelement 19 in die Nuten 64 geschmolzen, und durch die anschließende Verfestigung wird Bewegung der Metallstange 9 in axialer Richtung eingeschränkt, so dass das Befestigen der Metallstange 9 in Trageelement 19 auf zuverlässige Weise durchgeführt werden kann.
  • So wird, wie in 3, 4 und 7 dargestellt, Trageelement 19 mit der daran befestigten Metallstange (elektrisches Verbindungselement) 9 eingepasst, indem das Paar Flügel 61a, 61b mit dem Paar Aussparungen 11a, 11b, die in Trennabschnitt 54 vorhanden sind, d. h. dem Paar Verbindungswände 54a, 54b, in Kontakt gebracht wird, und wird durch Schweißen mit einem Wärmeschweißgerät mit den Verbindungswänden 54a, 54b verbunden. Wenn Trageelement 19 und Batteriegehäuse 3 aus dem gleichen Typ Harz bestehen, so beispielsweise PP/PPE-Gemisch, kann der oben genannte Schweißvorgang problemlos und zuverlässig durchgeführt werden. Des Weiteren können, wie in 7 dargestellt, die Oberseite von Trageelement 19 und die Oberseite von Trennabschnitt 54 koplanar ausgebildet sein.
  • Die aus einem Stück bestehende Abdeckung 52 wird, wie in 2, 5 und 6 dargestellt, integral unter Verwendung eines Rohmaterialharzes, wie beispielsweise PP/PPE-Gemisch, hergestellt und ist mit Trennabschnitten 53 versehen, um ihren Innenraum in voneinander unabhängige einzelne Zellen 2a bis 2j zu unterteilen. Diese Trennabschnitte 53 umfassen, wie in 6 dargestellt, zwei Trennwände 53a, 53b und sind mit einer Öffnung 26 zum Freisetzen von Kühlluft darin nach außen versehen. Diese Öffnungen 26 sind, wie in 5 dargestellt, abwechselnd auf der linken und der rechten Seite der Mittellinie in der Verbindungsrichtung der Zellen angeordnet. Des Weiteren kommen die Unterseiten der zwei Trennwände 53a, 53b in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit der Oberseite der zwei Verbindungswände 54a, 54b von Trennabschnitt 54 des Batteriegehäuses und den Oberseiten der zwei Flügel 61a, 61b von Trageelement 19 in Kontakt.
  • In der aus einem Stück bestehenden Abdeckung 52 sind Polklemmen-Fixierlöcher 24 zum Einführen und Fixieren von Polklemmen 7 des positiven Elektrodenanschlusses und Polklemmen 8 des negativen Elektrodenanschlusses, ein Sicherheitsventil-Anbringungsloch 23 zum Anbringen eines Sicherheitsventils 28 (siehe 1) und ein Thermistor-Anbringungsabschnitt 25 zum Anbringen eines Thermistors zur Temperaturmessung vorhanden.
  • Ein Absatz 69 für Passzwecke ist, wie in 7 dargestellt, in aufgeweiteter Form am Außenumfang der Unterkante der aus einem Stück bestehenden Abdeckung 52 vorhanden. Die aus einem Stück bestehende Abdeckung 50 wird so auf das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse 51 aufgesetzt, dass dieser sich über einem Passabsatz 70 befindet, der an der Oberkante jedes einzelnen Batteriegehäuses 3 vorhanden ist. Die aus einem Stück bestehende Abdeckung 52 sowie das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse 51 werden durch Schweißen oder Kleben usw. miteinander verbunden.
  • Indem die aus einem Stück bestehende Abdeckung 52 und das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse 51 zusammengesetzt und verbunden werden, werden die zwei Trennabschnitte 53, 54 in Kontakt miteinander gebracht, und die Zellen 2a bis 2j erhalten jeweils voneinander unabhängige Räume. Auch in den zwei Trennabschnitten 53, 54 werden Kühlmittelkanäle 55, 56, die miteinander in Verbindung stehen und auch mit der Außenseite in Verbindung stehen, ausgebildet. Das heißt, wenn beispielsweise Kühlluft unter Druck von der Unterseite des aus einem Stück bestehenden Batteriegehäuses nach oben strömt, strömt dieser Luftstrom von Luftstromführungen 15 geführt nach oben, bis an der Oberseite von Batteriegehäuse 3 an der Stelle, an der spitze Vorsprünge 16 vorhanden sind, ein Teil desselben seitlich nach außen strömt, während der Rest nach oben über Öffnungen 26 nach außen strömt, die in der aus einem Stück bestehenden Abdeckung 52 vorhanden sind. Durch diesen Luftstrom können die einzelnen Batteriegehäuse 3, die das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse 51 bilden, wirkungsvoll gekühlt werden. Es ist anzumerken, dass, damit dieser Luftstrom gleich mäßig ist, wie in 2 dargestellt, die Öffnungen 26, die in der aus einem Stück bestehenden Abdeckung 52 vorhanden sind, abwechselnd links und rechts von der Mittellinie in der Richtung der Verbindung der Zellen angeordnet sind, und Trageelemente 19, in denen die elektrischen Verbindungselemente (Metallstangen) 9 fixiert sind, abwechselnd links und rechts von der Mittellinie und an symmetrischen Positionen der Öffnungen 26 angeordnet sind.
  • Da das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse 51 zusammengefügt wird, indem einzeln hergestellte Batteriegehäuse 3 verschweißt werden, bestehen einige Probleme hinsichtlich seiner Zugfestigkeit. Um dieses Problem zu lösen, sind Abschlussplatten 13 an beiden äußeren Enden des aus einem Stück bestehenden Batteriegehäuses 51 angeordnet, und die Enden eines Paars aus linkem und rechtem Haltebügel 14 sind durch Niete 22 mit diesen Abschlussplatten 13 verbunden, so dass das aus einem Stück bestehende Batteriegehäuse 51 fest zusammengehalten wird.
  • Neben der oben beschriebenen Ausführung könnte die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt werden. So könnte das aus einem Stück bestehende Gehäuse beispielsweise durch einen aus einem Stück bestehenden Harz-Formkörper gebildet werden. Als Alternative dazu könnten statt eines aus einem Stück bestehenden Gehäuses die einzelnen Zellen integral miteinander verbunden werden, indem sie mit den Abschlussplatten und den Haltebügeln zusammengehalten werden, ohne dass Klebstoff oder Schweißeinrichtungen zum Einsatz kommen. Des Weiteren könnte die aus einem Stück bestehende Abdeckung ausgebildet werden, indem separat hergestellte Abdeckungselemente verbunden werden. Weiterhin könnten die elektrischen Verbindungselemente durch Aufformen an den Trageelementen fixiert werden, oder Trageelemente, an denen die elektrischen Verbindungselemente fixiert sind, könnten mit den Trennabschnitten der aus einem Stück bestehenden Abdeckung verbunden werden.
  • INDUSTRIELLE EINSETZBARKEIT
  • Bei der vorliegenden Erfindung können hohe Abdichtleistung um die elektrischen Verbindungselemente herum, Kompaktheit und hohe Stabilität erreicht werden, so dass sie sich als eine gasdichte Sekundärbatterieanordnung eignet.

Claims (18)

  1. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung, bei der elektrizitätserzeugende Elemente (1) in Gehäusen (3) aufgenommen sind, die aus Kunstharz bestehen und in rechteckiger Röhrenform mit einem Boden ausgebildet sind, wobei eine Vielzahl von Zellen (2a bis 2j), die gebildet werden, indem Öffnungen der Gehäuse (3) mit Abdeckungen (4) abgedichtet werden, die aus Kunstharz bestehen, in Reihe angeordnet sind und diese Zellen durch elektrische Verbindungselemente (9) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (3) der einzelnen Zellen (2a bis 2j) integral verbunden sind und die Abdeckungen (4) der einzelnen Zellen (2a bis 2j) durch eine aus einem Stück bestehende Abdeckung (52) gebildet werden, Trageelemente (19), die aus Kunstharz bestehen und in denen elektrische Verbindungselemente (9) fixiert sind, mit Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitten (11a, 11b) verbunden sind, die an Trennabschnitten (53, 54) vorhanden sind, die den Raum für die Zellen (2a bis 2j) begrenzen, wobei die elektrischen Verbindungselemente (9) dabei so angeordnet sind, dass sie durch die Trennabschnitte (53, 54) hindurchtreten.
  2. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei die Gehäuse (3) der einzelnen Zellen (2a bis 2j) mit Endplatten (13) und Haltebügeln (14) gehalten werden und diese Gehäuse (3) dadurch integral verbunden sind.
  3. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei die Gehäuse (3) der einzelnen Zellen (2a bis 2j) einzeln hergestellt werden und diese Gehäuse (3) verbunden werden, um ein aus einem Stück bestehendes Gehäuse (51) zu bilden.
  4. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 3, wobei entsprechende Aussparungen an der Oberseite von Verbindungswänden (54a, 54b) der Gehäuse (3) der Zellen (2a bis 2j) ausgebildet sind und diese Verbindungswände die Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitte (11a, 11b) der Trennabschnitte (54) bilden, die Trageelemente (19) in einer Form ausgebildet sind, die eingepasst zwei benachbarte Aussparungen überspannt, wobei die zwei in einem Zustand verbunden sind, in dem ein Trageelement (19) auf die Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitte (11a, 11b) gepasst ist.
  5. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 4, wobei die Oberseite des Trageelementes (19) und die Oberseite des Trennabschnitts (54) des Gehäuses (3) in koplanarem Zustand sind.
  6. Gasdichte-Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei das aus einem Stück bestehende Gehäuse (51) durch einen aus einem Stück bestehenden Formkörper gebildet wird.
  7. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei die aus einem Stück bestehende Abdeckung (52) durch einen aus einem Stück bestehenden Formkörper gebildet wird.
  8. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei die Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitte (11a, 11b) gebildet werden, indem Aussparungen in der Oberseite des Trennabschnitts (54) der verbundenen Gehäuse (3) ausgebildet werden und diese in einem Zustand ausgebildet werden, in dem Trageelemente (19) in die Aussparungen eingepasst sind, und die zwei in einem Zustand verbunden werden, in dem ein Trageelement (19) auf die Tragekörperanbringungs-Durchlassabschnitte (11a, 11b) gepasst ist.
  9. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 8, wobei die Oberseite des Trageelementes (19) und die Oberseite des Trennabschnitts (54) des Gehäuses (3) in koplanarem Zustand sind.
  10. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei die Gehäuse (3), die aus einem Stück bestehende Abdeckung (52) und die Trageelemente (19) aus dem gleichen Typ Harz bestehen.
  11. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Verbindungselement (9) eine Metallstange ist und das Trageelement (19) mit einem Durchgangsloch (66) zum Einpressen der Metallstange versehen ist, und, indem die Metallstange in das Trageelement (19) eingepresst wird, die Metallstange in dem Trageelement (19) fixiert wird.
  12. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 11, wobei beim Einpressen die Metallstange Ultraschallschwingung, Erhitzen oder beidem ausgesetzt wird.
  13. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 12 mit einer Konstruktion, bei der eine Nut (64) um den Umfang der Metallstange herum vorhanden ist, und, wenn die Metallstange in das Durchgangsloch (66) des Trageelementes (19) eingepresst wird, ein Teil des Harzes des Trageelementes (19) durch Ultraschallschwingung, Erhitzen oder beides in diese Nut (64) schmilzt und dann verfestigt wird.
  14. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 11, wobei eine Haltenut (65) in Umfangsrichtung an der Innenfläche des Durchgangslochs (66) des Trageelementes (19) vorhanden ist und ein O-Ring (21), der in Druckkontakt mit dem Umfang der Metallstange ist, in dieser Haltenut (65) gehalten wird.
  15. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 14, wobei weiches klebendes Dichtmittel (63) in die Haltenut (65) eingebracht wird.
  16. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens die Oberfläche des elektrischen Verbindungselementes (9) aus Nickel besteht.
  17. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei der Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitt gebildet wird, indem eine Aussparung in der Unterseite des Trennabschnitts (53) der aus einem Stück bestehenden Abdeckung (52) ausgebildet wird und das Trageelement (19) in einer Form ausgebildet wird, die in die Aussparung passt, und die zwei in einem Zustand verbunden werden, in dem das Trageelement (19) in den Trageelementanbringungs-Durchlassabschnitt eingepasst ist.
  18. Gasdichte Sekundärbatterieanordnung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Verbindungselement (9) eine Metallstange ist und die Metallstange durch Aufformen mit dem Trageelement (19) verbunden wird.
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