WO2009003440A1 - Prismatischer akkumulator - Google Patents

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WO2009003440A1
WO2009003440A1 PCT/DE2008/000977 DE2008000977W WO2009003440A1 WO 2009003440 A1 WO2009003440 A1 WO 2009003440A1 DE 2008000977 W DE2008000977 W DE 2008000977W WO 2009003440 A1 WO2009003440 A1 WO 2009003440A1
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contact connector
vessel
plate stack
plate
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PCT/DE2008/000977
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Rolf Wiepen
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Johnson Controls Hybrid And Recycling Gmbh
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Definitions

  • the invention relates to a prismatic accumulator having a first cell vessel, a first cell plate stack accommodated in the first cell vessel, at least one second cell vessel, a second cell plate stack accommodated in the second cell vessel, wherein the first cell vessel and the second cell vessel are separated from one another by an electrically insulating intermediate wall are separated, with at least one arranged in the first cell vessel Clearzellen- contact connector plate, which is connected to the intermediate wall and the first cell plate stack in contact, and at least one arranged in the second cell vessel, the second cell contact connector plate, with the two-cell plate stack in contact.
  • first-cell contact connector plate and two-cell contact connector plate are electrically conductively connected to each other.
  • the invention relates to a method for producing a prismatic accumulator comprising the steps of: (a) providing a housing with a first cell vessel and at least one second cell vessel, which is separated from the first cell vessel by an electrically insulating intermediate wall, (b Introducing at least one first-cell contact connector sheet into the first cell vessel, (d) attaching the at least one first-cell contact connector sheet to the at least one second-cell contact connector sheet, and (e) respectively introducing at least one a first cell plate set into the first cell vessel so as to be brought into permanent contact with the at least one first cell contact connector plate, and (f) inserting at least one second cell plate stack into the second cell vessel, so in that it is brought into contact with the at least one two-cell contact connector sheet.
  • Such a prismatic accumulator is known, for example, from DE 10 2004 003 066 A1.
  • a disadvantage of the prismatic accumulator described therein is its elaborate production.
  • the plate stacks must be mounted as part of a serial assembly. In this serial assembly, the plate stacks of the individual cell vessels are successively introduced into the corresponding cell vessels and welded together. This leads to a high production time.
  • the invention has for its object to provide a prismatic accumulator and a method for producing a prismatic accumulator, in whose production only a small amount of waste is obtained and in which the plate stacks are still securely attached.
  • the invention solves the problem by a prismatic accumulator having the features of claim 1 and a method according to claim 14.
  • contact connector plates which belong to different cell vessels, can be mounted simultaneously. If the prismatic accumulator thus consists of more than two cell vessels, in particular of a multiplicity of cell vessels, the contact connector plates can be fastened to adjacent cell vessels in a parallel process on the respective intermediate walls. So it is possible to work with just one machine in just one It was possible to mount all the contact connector plates, which significantly reduces the production time.
  • Another advantage is that the side walls of the vessel do not have to be opened to make connections between the electrode stacks.
  • Another advantage is that the assembly of the plate stacks is easier and faster. Thus, it is sufficient to simply insert the plate stacks into the cell vessels prepared with the contact connector plates. The springs then exert a mechanical pressure on the plate stack, so that an electrical contact between the plate stack and the spring tongues comes about. Joining methods are so unnecessary. Another advantage is that individual plate sets can be easily replaced if necessary.
  • a stack of plates is understood in particular to mean an arrangement of connected pole plates which serve as electrodes of the accumulator.
  • the mechanical pressure which is exerted by the spring tongues on the plate stack is such that it does not damage the plate stack on the one hand and on the other hand ensures electrical contact even when the prismatic accumulator is subjected to vibration.
  • the material of the contact connector plates-spring tongue is preferably spring steel.
  • the two-cell contact connector plate is connected with respect to the intermediate wall of the first-cell contact connector plate opposite to the intermediate wall. It is possible, but not necessary, for the first cell contact connector plate to be mirror-symmetrically constructed with respect to the intermediate wall in relation to the two-cell contact connector plate. However, it is sufficient for the two-cell contact connector sheet to be positioned relative to the first-cell contact-connector sheet, so that both are compatible. A rivet, which runs perpendicular to the intermediate wall, are mechanically and electrically connected.
  • the plate stacks each comprise at least one arrester plate and the spring tongues are arranged so that they exert the mechanical pressure on the at least one arrester plate.
  • Arrester plates are used to mechanically and elastically connect and thus combine several pole plates in the plate stack.
  • the arrester plate is, for example, at one
  • Narrow side of the plate stack arranged and mechanically and electrically connected to the pole plates.
  • each plate stack is preferably on both sides with at least three spring tongues in contact.
  • first cell contact connector plate and the second cell contact connector plate are mechanically and electrically connected by means of a rivet. It has been found that such a durable, robust and at the same time simply constructed connection between the contact connection plates is possible.
  • the prismatic accumulator is filled with accumulator liquid, replacement of this accumulator liquid between the individual cell vessels and thus between the individual galvanic elements of the accumulator must be prevented in order to prevent leakage currents which would otherwise lead to self-discharge. It has been found that this is achievable by the fact that the rivet, which is arranged in a rivet hole in the intermediate wall, forms an interference fit with the rivet hole. It can also be provided around the rivet hole encircling sealing edges on the cell vessel. Since the accumulator liquid is often a liquor, that is to say that it has a pH above 7, the rivet is preferably arranged in the rivet hole so as to avoid leaching. Since the rivet closes the rivet hole, there are additional ones Sealing elements dispensable.
  • the prismatic accumulator has exactly two contact connector plates, which are arranged on both sides of the respective plate stack.
  • the accumulator may also have a multiplicity of first-cell contact connector plates and two-cell contact connector plates per cell vessel.
  • the spring tongues each have at least one free end and are in contact with the respective plate stack with this free end, wherein the spring tongues are arranged with their free ends so that they oppose a movement of the plate stack out of the cell vessel to a higher mechanical resistance than one Movement into the cell vessel.
  • the plate stacks can be easily inserted into the cell vessels, whereby they experience only a small force when inserted from the spring tongues.
  • the spring tongues After inserting the plate stacks are then held by the spring tongues in place, which act like barbs.
  • the spring tongues exert a clamping force on the plate stack.
  • the spring tongues are integrally formed on the Kontakverbinderblechen.
  • the contact connector plates are produced by punching out a spring steel strip and then the spring tongues are bent out.
  • the connecting webs should be narrow-flexible.
  • the invention is particularly suitable for a nickel-metal hydride accumulator.
  • Such a nickel-metal hydride accumulator comprises in a preferred embodiment a multiplicity of cell vessels, for example more than five, which are each interconnected in pairs as described in claim 1 for the first and second cell vessels.
  • the invention can also be used for nickel-cadmium storage batteries.
  • the riveting is preferably a cold riveting.
  • a Kaltnietrind is particularly easy to carry out and leads to a sealing element-free, laugen Whyn rivet connection between the contact connector plates of different cell vessels.
  • the fact that the rivet connection is formed free of seal elements or seals, is to be understood in particular that in the immediate vicinity of the rivet hole no sealing elements are arranged.
  • the rivet ensures by its press fit with the rivet hole, the Laugendexcellent and by axial bias of the contact connector bleaching to the housing intermediate wall.
  • FIG. 1a shows a cross-sectional view of a prismatic accumulator according to the invention, wherein the plate stacks are not yet introduced into the cell vessels,
  • FIG. 1b shows a detail of FIG. 1a with two contact connector plates
  • FIG. 1 c shows a perspective view of a plate stack for a rechargeable battery according to the invention
  • FIG. 2 a shows a view in the direction A from FIG. 1 a
  • FIG. 2b shows a contact connector sheet with a plurality of spring tongues, perforated (without rivet) in the prefabrication
  • FIG. 3 a shows a schematic view of how a contact connector sheet is connected to a rivet
  • FIG. 3b is a schematic view of how a first-cell contact connector sheet is connected to a two-cell contact connector sheet
  • Figure 4 is a schematic view of how a marginal contact connector sheet is connected to a Polverbinderelement
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view through a prismatic accumulator according to the invention.
  • FIG. 1a shows a prismatic accumulator 10 comprising a first cell vessel 12, a second cell vessel 14 and a third, fourth, fifth and sixth cell vessel, 16, 18, 20 and 22, respectively.
  • a first-cell plate stack 24 is accommodated, which, however, is drawn in extension of the first cell vessel 12 in FIG.
  • a two cell plate stack 26 is accommodated in the second cell vessel (14).
  • the cell vessels 12 to 22 are formed in a base body 28, which consists of plastic.
  • the main body 28 has intermediate walls 30.1, 30.2,... 30.5, which separate the cell vessels 12 to 22 from one another in an electrically insulating manner.
  • a first first-cell contact connector plate 32 and a second first-cell contact connector plate 34 are arranged, which are attached to an outer wall 36 and the intermediate wall 30.1.
  • spring tongues 38.1 to 38.12 project into an inner space of the first cell vessel 12.
  • a first two-cell contact connector plate is arranged on the intermediate wall 30.1 so that spring tongues with respect to the intermediate wall 30.1 are symmetrical to the spring tongues 38.7
  • a second two-cell contact connector plate 41 is fixed, the spring tongues of which, like that of the first two-cell contact connector bleach 40, protrude into an inner space of the second cell vessel 14.
  • FIG. 1 b shows a section of FIG. 1 a with the spring tongue 38. 12 and the associated spring tongue of the first two-cell contact connector sheet 40. It can be seen that the second first-cell contact connector sheet 34 is connected to the first two-cell contact connector sheet 40 via rivets 42.
  • the plate stacks such as the first cell plate stack 24 and the second cell plate stack 26, each comprise a positive plate stack 44 of positive pole plates and a negative plate stack 46 of negative pole plates arranged alternately to the positive pole plates are.
  • the positive plate stack 44 comprises a positive arrester plate 48 and the negative plate stack 46 has a negative arrester plate 50.
  • the arrester plates 48, 50 are used for the mechanical fixation and electrical contacting of the respective pole plates.
  • the negative arrester plate 50 may consist of nickel-plated steel sheet.
  • the positive arrester plate 48 is made of nickel.
  • the spring tongues 38.1 to 38.12 are pretensioned and impart little mechanical resistance to insertion. Pulling out the first-cell plate stack 24 is, however, prevented by the fact that the spring tongues 38.1 to 38.12 with their free ends 51.1, 51.2, ..., 51.12 load the arrester plates 48 and 50 ( Figure 1c) and thus oppose the extraction of a higher resistance ,
  • Figure 2a shows a view of the intermediate wall 30.1 in the direction of an arrow A, as shown in Figure 1 a.
  • the second first-cell contact connector plate 34 is fastened by means of rivets 42.1 to 42.6, from which the spring tongues 38.7 to 38.12 protrude.
  • Each of the spring tongues 38.7 to 38.12 is slotted several times, so that respective partial spring tongues arise.
  • FIG. 2b shows a view of the intermediate wall 30.1 in the direction of an arrow A, as shown in Figure 1 a.
  • FIG. 3b shows how this first cell contact connector sheet metal provided with the rivets is aligned with rivet holes 52.1, 52.2,..., 52.6 so that the rivets lie in front of the respective rivet holes 52.1,.
  • the first two-cell contact connector sheet 40 is positioned to the intermediate wall 30.1 so that the rivets 42.1, ..., 42.6 can pass through the two-cell contact connector sheet 40. Subsequently, the two contact connector plates 34, 40 by cold forming the rivets 42.1, ..., 42.6 riveted together.
  • the rivet holes 52.1 to 52.6 have a diameter dimensioned such that the rivet holes with the associated rivet form a press fit.
  • the dimension "a" of the rivet that is to say its shank length, is also thicker than the intermediate wall 30 by a small amount, thus achieving axial clamping of the contact connector plates After riveting the contact connector plates 34, 40, the first cell vessel (FIG a) connected by the second cell vessel 14 laugendicht.
  • FIG. 4 shows a riveting of a marginal contact connector sheet 54 with a Polverbinderelement 56.
  • the Polverbinderelement 56 is, as described above for the contact connector plate 34, connected with rivets or butt-welded by means of electric stud welding and then to 57.1, 57.2, ... , 57.6 are aligned in the body 28 so that the rivets can reach through the openings.
  • the marginal contact connector sheet 54 is riveted to the pole connector member 56 so that a substantially gas- and laughter-tight connection between the two is made.
  • sealing elements can be arranged around the rivets, for example O-rings.
  • the prismatic accumulator 10 For the production of the prismatic accumulator 10 (FIG. 1a), first the main body 28 is produced and the contact connector metal sheets are prefabricated. Thereafter, in a mass production in an automatic assembly line either simultaneously or successively the contact connector plates to the intermediate walls 30.1, ..., 30.5 attached.
  • the pole Connector elements such as the pole connector element 56, are joined to the base body 28, wherein the contact connector plate 32, 54 is riveted.
  • the plate stacks such as the first-cell and the second-cell plate stacks 24 and 26, are inserted into the respective cell vessels 12 and 14, respectively.
  • the accumulator 10 as shown in Figure 5, provided with a lid 58 which is gas-tightly attached to the base body 38.
  • first cell vessel 14 second cell vessel

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen prismatischen Akkumulator (10) mit einem ersten Zellgefäß (12), einem in dem ersten Zellgefäß (12) aufgenommenen Erstzellen-Plattenstapel (24), mindestens einem zweiten Zellgefäß (14), einem in dem zweiten Zellgefäß (14) aufgenommenen Zweitzellen-Plattenstapel (26), wobei das erste Zellgefäß (12) und das zweite Zellgefäß (14) durch eine elektrisch isolierende Zwischenwand (30.1) getrennt sind, mit mindestens einem in dem ersten Zellgefäß (12) angeordneten Erstzellen-Kontaktverbinderblech (34), das mit der Zwischenwand (30) verbunden ist und mit dem Erstzellen-Plattenstapel (24) in Kontakt steht, und mit mindestens einem in dem zweiten Zellgefäß (14) angeordneten Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40), das mit dem Zweitzellen-Plattenstapel (26) in Kontakt steht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedes der Kontaktverbinderbleche (34, 40) über mindestens eine Federzunge (38) mit dem jeweiligen Plattenstapel (24, 26) in Kontakt steht, wobei die mindestens eine Federzunge (38) einen mechanischen Druck auf den Plattenstapel (24, 26) ausübt, mit einem freien Ende (51) mit dem jeweiligen Plattenstapel (24, 26) in Kontakt steht und so angeordnet ist, dass sie einer Bewegung des Plattenstapels (24, 26) aus dem Zellgefäß (12, 14) hinaus einen höheren mechanischen Widerstand entgegensetzt als einer Bewegung in das Zellgefäß (12, 14) hinein.

Description

Prismatischer Akkumulator
Die Erfindung betrifft einen prismatischen Akkumulator mit einem ersten Zellgefäß, einem in dem ersten Zellgefäß aufgenommenen Erstzellen-Plattenstapel, mindestens einem zweiten Zellgefäß, einem in dem zweiten Zellgefäß aufgenommenen Zweitzellen-Plattenstapel, wobei das erste Zellgefäß und das zweite Zellgefäß durch eine elektrisch isolierende Zwischenwand voneinander getrennt sind, mit mindestens einem in dem ersten Zellgefäß angeordneten Erstzellen- Kontaktverbinderblech, das mit der Zwischenwand verbunden ist und dem Erst- zellen-Plattenstapel in Kontakt steht, und mindestens einem in dem zweiten Zellgefäß angeordneten Zweitzellen-Kontaktverbinderblech, das mit dem Zweitzellen-Plattenstapel in Kontakt steht. Dabei sind Erstzellen-Kontaktverbinderblech und Zweitzellen-Kontaktverbinderblech elektrisch leitend miteinander verbunden.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines prismatischen Akkumulators mit den Schritten: (a) Bereitstellen eines Gehäuses mit einem ersten Zellgefäß und mindestens einem zweiten Zellgefäß, das vom ersten Zellgefäß durch eine elektrisch isolierende Zwischenwand ge- trennt ist, (b) Einbringen mindestens eines Erstzellen-Kontaktverbinderblechs in das erste Zellgefäß, (c) Einbringen mindestens eines Zweitzellen-Kontaktverbinderblechs in das zweite Zellgefäß, (d) Verbinden des mindestens einen Erstzellen-Kontaktverbinderblech mit dem mindestens einen Zweitzellen-Kontaktverbinderblech und (e) Einbringen jeweils mindestens eines Erstzellen-Platten- satzes in das erste Zellgefäß, so dass er mit dem mindestens einen Erstzellen- Kontaktverbinderblech in dauerhaften Kontakt gebracht wird, und (f) Einbringen jeweils mindestens eines Zweitzellen-Plattenstapels in das zweite Zellgefäß, so dass er mit dem mindestens einen Zweitzellen-Kontaktverbinderblech in Kontakt gebracht wird.
Ein derartiger prismatischer Akkumulator ist beispielsweise aus der DE 10 2004 003 066 A1 bekannt. Nachteilig an dem dort beschriebenen prismatischen Akkumulator ist dessen aufwändige Fertigung. So müssen die Plattenstapel im Rahmen einer seriellen Montage montiert werden. Bei dieser seriellen Montage werden die Plattenstapel der einzelnen Zellgefäße sukzessive in die entsprechenden Zellgefäße eingeführt und miteinander verschweißt. Das führt zu einer hohen Fertigungsdauer.
Aus der DE 26 19 865 ist ein gattungsgemäßer prismatischer Akkumulator bekannt, bei dem die Plattenstapel über ein Streckmetallstück, das als federnde Leitereinlage dient, mit Leiterblechen an den Zellenwänden verbunden sind. Nachteilig hieran ist, dass beim Einschieben der Plattenstapel aufgrund der hohen notwendigen Kräfte leicht zu Schaden kommen kann, was zu Ausschuss führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen prismatischen Akkumulator und ein Verfahren zum Herstellen eines prismatischen Akkumulators anzugeben, bei dessen Herstellung nur wenig Ausschuss anfällt und bei dem die Plattenstapel dennoch sicher befestigt sind.
Die Erfindung löst das Problem durch einen prismatischen Akkumulator mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14.
Vorteilhaft daran ist, dass Kontaktverbinderbleche, die zu verschiedenen Zellgefäßen gehören, gleichzeitig montiert werden können. Sofern der prismatische Akkumulator also aus mehr als zwei Zellgefäßen, insbesondere aus einer Viel- zahl von Zellgefäßen besteht, können die Kontaktverbinderbleche benachbarten Zellgefäße in einem parallelen Prozess an den jeweiligen Zwischenwänden befestigt werden. Es ist also möglich, mit nur einer Maschine in nur einem Ar- beitschritt sämtliche Kontaktverbinderbleche zu montieren, was die Fertigungszeit deutlich minimiert.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Seitenwände des Gefäßes nicht geöffnet wer- den müssen, um Verbindungen zwischen den Elektrodenstapeln herzustellen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Montage der Plattenstapel einfacher und schneller möglich ist. So ist es ausreichend, die Plattenstapel einfach in die mit den Kontaktverbinderblechen präparierten Zellgefäße einzuschieben. Die Fe- derzungen üben dann einen mechanischen Druck auf den Plattenstapel aus, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Plattenstapel und den Federzungen zustande kommt. Fügeverfahren sind so entbehrlich. Ein weiterer Vorteil ist, dass einzelne Plattensätze bei Bedarf einfach ausgetauscht werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Plattenstapel insbesondere eine Anordnung von verbundenen Polplatten verstanden, die als Elektroden des Akkumulators dienen. Der mechanische Druck, der von den Federzungen auf den Plattenstapel ausgeübt wird, ist beispielsweise so bemessen, dass er die Plattenstapel einerseits nicht beschädigt und andererseits ei- nen elektrischen Kontakt auch dann gewährleistet, wenn der prismatische Akkumulator einer Vibration ausgesetzt ist.
Das Material der Kontaktverbinderbleche-Federzunge ist bevorzugt Federstahl.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zweitzellen-Kontaktverbinderblech bezüglich der Zwischenwand dem Erstzellen-Kontaktverbinderblech gegenüberliegend mit der Zwischenwand verbunden. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Erstzellen-Kontaktverbinderblech bezüglich der Zwischenwand spiegelsymmetrisch zum Zweitzellen-Kontaktverbinderblech aufge- baut ist. Es ist jedoch ausreichend, dass das Zweitzellen-Kontaktverbinderblech so relativ zum Erstzellen-Kontaktverbinderblech angeomdet ist, dass beide mit- tels einer Niete, die senkrecht zu der Zwischenwand verläuft, mechanisch und elektrisch verbindbar sind.
Bevorzugt umfassen die Plattenstapel jeweils zumindest ein Ableiterblech und die Federzungen sind so angeordnet, dass sie den mechanischen Druck auf das zumindest eine Ableiterblech ausüben. Ableiterbleche werden verwendet, um mehrere Polplatten im Plattenstapel mechanisch und elastisch zu verbinden und so zusammenzufassen. Das Ableiterblech ist beispielsweise an einer
Schmalseite des Plattenstapels angeordnet und mechanisch und elektrisch mit den Polplatten verbunden.
Um die Plattenstapel sicher im jeweiligen Zellgefäß zu halten und elektrisch bei geringem Innenwiderstand des Akkumulators zu kontaktieren, steht jeder Plattenstapel bevorzugt beidseitig mit mindestens drei Federzungen in Kontakt.
Besonders günstig ist, wenn das Erstzellen-Kontaktverbinderblech und das Zweitzellen-Kontaktverbinderblech mittels einer Niete mechanisch und elektrisch verbunden sind. Es hat sich herausgestellt, dass so eine dauerhafte, robuste und zugleich einfach aufgebaute Verbindung zwischen den Kontaktverb- inderblechen möglich ist.
Wenn der prismatische Akkumulator mit Akkumulatorflüssigkeit gefüllt ist, muss ein Austausch dieser Akkumulatorflüssigkeit zwischen den einzelnen Zellgefäßen und damit zwischen den einzelnen galvanischen Elementen des Akkumula- tors unterbunden werden, um Kriechströme zu unterbinden, die ansonsten zu einer Selbstentladung führen würden. Es hat sich herausgestellt, dass das dadurch erreichbar ist, dass die Niete, die in einem Nietloch in der Zwischenwand angeordnet ist, mit dem Nietloch eine Presspassung bildet. Es können zudem um das Nietloch umlaufende Dichtkanten am Zellgefäß vorgesehen sein. Da die Akkumulatorflüssigkeit häufig eine Lauge ist, das heißt, dass sie einen ph-Wert oberhalb von 7 aufweist, ist die Niete bevorzugt laugendicht in dem Nietloch angeordnet. Da die Niete das Nietloch laugendicht verschließt, sind zusätzliche Dichtelemente entbehrlich. Es ist zudem möglich, die Niete so gegen das bzw. die Kontatverbinderbleche, die sie miteinander verbindet, zu verspannen, dass die Kontaktverbinderbleche laugendicht an den Wänden der jeweiligen Zellgefäße anliegen. So wird eine axiale Vorspannung erzeugt, die in axialer Richtung der Nieten aufgebracht wird. Es kann zudem axial durch das Kontaktverbinderblech und radial über den Durchmesser der Niete gedichtet werden.
Bevorzugt weist der prismatische Akkumulator genau zwei Kontaktverbinderbleche auf, die beidseits des jeweiligen Plattenstapels angeordnet sind. Alterna- tiv kann der Akkumulator aber auch eine Vielzahl an Erstzellen-Kontaktverbinderblechen und Zweitzellen-Kontaktverbinderblechen pro Zellgefäß aufweisen. Möglich sind beispielsweise drei, vier, fünf oder mehr Kontaktverbinderbleche, wobei es günstig ist, so viele Zweitzellen-Kontaktverbinderbleche vorzusehen, wie Erstzellen-Kontaktverbinderbleche vorhanden sind.
Erfindungsgemäß besitzen die Federzungen jeweils mindestens ein freies Ende und stehen mit diesem freien Ende mit dem jeweiligen Plattenstapel in Kontakt, wobei die Federzungen mit ihren freien Enden so angeordnet sind, dass sie einer Bewegung des Plattenstapels aus dem Zellgefäß hinaus einen höheren mechanischen Widerstand entgegensetzen als einer Bewegung in das Zellgefäß hinein. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Plattenstapel einfach in die Zellgefäße eingeschoben werden können, wobei sie beim Einschieben von den Federzungen nur eine geringe Kraft erfahren. Nach dem Einschieben werden die Plattenstapel dann von den Federzungen am Platz gehalten, die wie Wider- haken wirken. Wenn die Plattenstapel in das Zellgefäß eingeführt sind, üben die Federzungen also eine Klemmkraft auf den Plattenstapel aus.
Bevorzugt sind die Federzungen einstückig an den Kontakverbinderblechen ausgebildet. Beispielsweise werden die Kontaktverbinderbleche durch Ausstan- zen eines Federstahlbandes hergestellt und die Federzungen anschließend herausgebogen. Die Verbindungsstege sollten dabei schmal-flexibel sein. Besonders geeignet ist die Erfindung für einen Nickel-Metallhydridakkumulator. Ein derartiger Nickel-Metallhydridakkumulator umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine Vielzahl an Zellgefäßen, beispielsweise mehr als fünf, die jeweils paarweise wie in Anspruch 1 für das erste und zweite Zellgefäß be- schrieben untereinander verbunden sind. Die Erfindung ist auch für Nickel- Kadmiumakkumulatoren einsetzbar.
Um eine erhöhte Spannung des Akkumulators zu erreichen, sind im ersten und im zweiten Zellgefäß jeweils ein positiver und ein negativer Erstzellen- bzw. Zweitzellen-Plattenstapel aufgenommen und über die Kontaktverbinderbleche sind Plattenstapel ungleicher Polarität miteinander verbunden. Je mehr Zellgefäße in dem Akkumulator vorhanden sind, um so größer ist der Vorteil der Erfindung, da unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs alle Kontaktverbinderbleche aller Zwischenwände zwischen den einzelnen Zellgefäßen gleichzei- tig miteinander verbunden werden können.
Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Vernieten bevorzugt ein Kaltvernieten. Ein Kaltnietprozess ist besonders einfach durchführbar und führt zu einer dichtungselementfreien, laugendichten Nietverbindung zwischen den Kontaktverbinderblechen unterschiedlicher Zellgefäße. Darunter, dass die Nietverbindung dichtungselementfrei bzw. dichtungsfrei ausgebildet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass in unmittelbarer Umgebung des Nietlochs keine Dichtelemente angeordnet sind. Die Niete gewährleistet durch ihre Presspassung mit dem Nietloch die Laugendichtigkeit sowie durch axiale Vorspannung der Kontaktverbinderbleiche zur Gehäusezwischenwand.
Besonders vorteilhaft sind eine Vielzahl von Kontaktzungen und Nietdurchführungen vorgesehen. Dadurch wird der innere Widerstand bei kurzen Stromwegen klein gehalten. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1a eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen prismatischen Akkumulators, wobei die Plattenstapel noch nicht in die Zellgefäße einführt sind,
Figur 1b einen Ausschnitt aus Figur 1a mit zwei Kontaktverbinderblechen,
Figur 1c eine perspektivische Ansicht eines Plattenstapels für einen erfindungsgemäßen Akkumulator,
Figur 2a eine Ansicht in Richtung A aus Figur 1a,
Figur 2b ein Kontaktverbinderblech mit mehreren Federzungen, gelocht (ohne Niet) in der Vorfertigung,
Figur 3a eine schematische Ansicht, wie ein Kontaktverbinderblech mit ei- ner Niete verbunden wird,
Figur 3b eine schematische Ansicht, wie ein Erstzellen-Kontaktverbinderblech mit einem Zweitzellen-Kontaktverbinderblech verbunden wird,
Figur 4 eine schematische Ansicht, wie ein randständiges Kontaktverbinderblech mit einem Polverbinderelement verbunden wird und
Figur 5 eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen prisma- tischen Akkumulator. Figur 1 a zeigt einen prismatischen Akkumulator 10, der ein erstes Zellgefäß 12, ein zweites Zellgefäß 14 sowie ein drittes, viertes, fünftes und sechstes Zellgefäß, 16, 18, 20 bzw. 22 umfasst. In dem ersten Zellgefäß (12) ist ein Erstzellen- Plattenstapel 24 aufgenommen, der in Figur 1a jedoch in Verlängerung des ers- ten Zellgefäßes 12 eingezeichnet ist. Auf gleiche Weise ist in dem zweiten Zellgefäß (14) ein Zweitzellen-Plattenstapel 26 aufgenommen.
Die Zellgefäße 12 bis 22 sind in einem Grundkörper 28 ausgebildet, der aus Kunststoff besteht. Der Grundkörper 28 besitzt Zwischenwände 30.1 , 30.2, ... 30.5, die die Zellgefäße 12 bis 22 elektrisch isolierend voneinander trennen. In dem ersten Zellgefäß 12 sind ein erstes Erstzellen-Kontaktverbinderblech 32 und ein zweites Erstzellen-Kontaktverbinderblech 34 angeordnet, die an einer Außenwand 36 bzw. der Zwischenwand 30.1 befestigt sind. Von den Erstzellen- Kontaktverbinderblechen (32, 34 stehen Federzungen 38.1 bis 38.12 in einen Innenraum des ersten Zellgefäßes 12 ab. Auf gleiche Weise ist an der Zwischenwand 30.1 ein erstes Zweitzellen-Kontaktverbinderblech so angeordnet, dass Federzungen bezüglich der Zwischenwand 30.1 symmetrisch zu den Federzungen 38.7. bis 38.12. des zweiten Erstzellen-Kontaktverbinderblechs 34 angeordnet sind. An der Zwischenwand 30.2 ist ein zweites Zweitzellen- Kontaktverbinderblech 41 befestigt, dessen Federzungen wie die des ersten Zweitzellen-Kontaktverbinderbleichs 40 in einen Innenraum des zweiten Zellgefäßes 14 ragen.
Figur 1 b zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1a mit der Federzunge 38.12 und der zugehörigen Federzunge des ersten Zweitzellen-Kontaktverbinderblechs 40. Es ist zu erkennen, dass das zweite Erstzellen-Kontaktverbinderblech 34 mit dem ersten Zweitzellen-Kontaktverbinderblech 40 über Niete 42 verbunden ist.
Die Plattenstapel, wie der Erstzellen-Plattenstapel 24 und der Zweitzellen- Plattenstapel 26, umfassen, wie Figur 1c zeigt, jeweils einen positiven Plattenstapel 44 aus positiven Polplatten und einen negativen Plattenstapel 46 aus negativen Polplatten, die alternierend zu den positiven Polplatten angeordnet sind. Der positive Plattenstapel 44 umfasst ein positives Ableiterblech 48 und der negative Plattenstapel 46 besitzt ein negatives Ableiterblech 50. Die Ableiterbleche 48, 50 dienen der mechanischen Fixierung und elektrischen Kontak- tierung der jeweiligen Polplatten. Das negative Ableiterblech 50 kann aus ni- ckelplattiertem Stahlblech bestehen. Das positive Ableiterblech 48 besteht aus Nickel.
Wenn der Erstzellen-Plattenstapel 24 wie in Figur 1a gezeigt in Richtung eines Pfeils P in das erste Zellgefäß 12 eingeführt wird, werden die Federzungen 38.1 bis 38.12 vorgespannt und setzen dem Einführen nur einen geringen mechanischen Widerstand entgegen. Ein Herausziehen des Erstzellen-Plattenstapels 24 wird jedoch dadurch unterbunden, dass die Federzungen 38.1 bis 38.12 mit ihren freien Enden 51.1 , 51.2, ... , 51.12 die Ableiterbleche 48 bzw. 50 (Figur 1c) belasten und dem Herausziehen so einen höheren Widerstand entgegensetzen.
Figur 2a zeigt eine Ansicht der Zwischenwand 30.1 in Blickrichtung eines Pfeils A, wie er in Figur 1 a bezeichnet ist. An der Zwischenwand 30.1 ist das zweite Erstzellen-Kontaktverbinderblech 34 mittels Nieten 42.1 bis 42.6 befestigt, von dem die Federzungen 38.7 bis 38.12 abstehen. Jede der Federzungen 38.7 bis 38.12 ist mehrfach geschlitzt, so dass jeweilige Teil-Federzungen entstehen. Dadurch wird der Kontakt zwischen den Federzungen und den Ableitblechen 48, 50 (Figur 1c) weiter verbessert. Dieser Umstand ist in Figur 2b durch die beiden gekrümmten Pfeile Pi und P2 angedeutet.
Zur Montage eines Kontaktverbinderblechs, wie beispielsweise des zweiten Erstzellen-Kontaktverbinderblechs 34 an der zugehörigen Zwischenwand werden, wie in Figur 3a gezeigt ist, zunächst die Nieten 42.1. bis 42.6 in jeweilige Löcher gesteckt. Anschließend wird ein Kopf der Niete durch Kaltverformung ausgebildet, wodurch die entsprechende Niete fest mit dem Erstzellen- Kontaktverbinderblech 34 verbunden ist. Alternativ sind an dem Erstzellen- Kontaktverbinderblech 34 die Nieten durch Umformen ausgebildet worden. Figur 3b zeigt, wie dieses mit den Nieten versehene Erstzellen-Kontaktverbinderblech so zu Nietlöchern 52.1 , 52.2, ... , 52.6 ausgerichtet wird, dass die Nieten vor den jeweiligen Nietlöchern 52.1, ... , 52.6 liegen. Von der anderen Seite der Zwischenwand 30.1 wird das erste Zweitzellen-Kontaktverbinderblech 40 so zu der Zwischenwand 30.1 positioniert, dass die Nieten 42.1 , ... , 42.6 das Zweitzellen-Kontaktverbinderblech 40 durchgreifen können. Anschließend werden die beiden Kontaktverbinderbleche 34, 40 durch Kaltumformen der Nieten 42.1 , ... , 42.6 miteinander vernietet. Die Nietlöcher 52.1 bis 52.6 besitzen einen Durchmesser, der so bemessen ist, dass die Nietlöcher mit der zugehörigen Niete eine Presspassung bilden. Das Maß „a" des Nietes, also dessen Schaftlänge, ist zudem um einen kleinen Betrag kleiner als die Zwischenwand 30 dick ist. So wird eine axiale Verspannung der Kontaktverbinderbleche erreicht. Nach dem Vernieten der Kontaktverbinderbleche 34, 40 ist das erste Zellgefäß (Figur 1 a) vom zweiten Zellgefäß 14 laugendicht verbunden.
Figur 4 zeigt ein Vernieten eines randständigen Kontaktverbinderblechs 54 mit einem Polverbinderelement 56. Das Polverbinderelement 56 wird, wie oben für das Kontaktverbinderblech 34 beschrieben, mit Nieten verbunden oder mittels Elektro-Bolzenschweißung stumpf aufgeschweißt und anschließend zu Öffnun- gen 57.1 , 57.2, ..., 57.6 in dem Grundkörper 28 so ausgerichtet, dass die Nieten durch die Öffnungen hindurch greifen können. Anschließend wird das randständige Kontaktverbinderblech 54 mit dem Polverbinderelement 56 so vernietet, dass eine im Wesentlichen gas- und laugendichte Verbindung zwischen beiden hergestellt wird. Sofern es für das Erreichen einer Gasdichtigkeit not- wendig ist, können um die Nieten Dichtungselemente angeordnet sein, beispielsweise O-Ringe.
Zum Herstellen des prismatischen Akkumulators 10 (Figur 1 a) wird zunächst der Grundkörper 28 hergestellt und die Kontaktverbinderbleche werden vorge- fertigt. Danach werden bei einer Massenfertigung in einer automatischen Montagelinie entweder gleichzeitig oder nacheinander die Kontaktverbinderbleche an die Zwischenwände 30.1 , ... , 30.5 angebracht. Es werden zudem die Pol- Verbinderelemente, wie das Polverbinderelement 56, an den Grundkörper 28 gefügt, wobei das Kontaktverbinderblech 32, 54 angenietet wird. Nachfolgend werden die Plattenstapel wie der Erstzellen- und der Zweitzellen-Plattenstapel 24 bzw. 26 in die jeweiligen Zellgefäße 12 bzw. 14 eingeschoben. Abschließend wird der Akkumulator 10, wie in Figur 5 gezeigt ist, mit einem Deckel 58 versehen, der gasdicht an dem Grundkörper 38 befestigt wird.
Bezugszeichenliste
10 Akkumulator
12 erstes Zellgefäß 14 zweites Zellgefäß
16 drittes Zellgefäß
18 viertes Zellgefäß
20 fünftes Zellgefäß
22 sechstes Zellgefäß 24 Erstzellen-Plattenstapel
26 Zweitzellen-Plattenstapel
28 Grundkörper
30 Zwischenwand
32 erstes Erstzellen-Kontaktverbinderblech nur gelocht 34 zweites Erstzellen-Kontaktverbinderblech mit Niet
36 Außenwand
38.1 Federzunge
40 erstes Zweitzellen-Kontaktverbinderblech nur gelocht
41 zweites Zweitzellen-Kontaktverbinderblech mit Niet 42 Niete
44 positiver Plattenstapel
46 negativer Plattenstapel
48 positives Ableiterblech
50 negatives Ableiterblech 51 freies Ende
52 Nietloch
54 randständiges Kontaktverbinderbleich
56 Polverbinderelement mit Niet
57 Öffnung 58 Deckel a Maß
P Pfeil

Claims

Ansprüche
1. Prismatischer Akkumulator (10) mit (a) einem ersten Zellgefäß (12), (b) einem in dem ersten Zellgefäß (12) aufgenommenen Erstzellen-
Plattenstapel (24),
(c) mindestens einem zweiten Zellgefäß (14),
(d) einem in dem zweiten Zellgefäß (14) aufgenommenen Zweitzellen- Plattenstapel (26) (e) wobei das erste Zellgefäß (12) und das zweite Zellgefäß (14) durch eine elektrisch isolierende Zwischenwand (30.1 ) getrennt sind, mit
(f) mindestens einem in dem ersten Zellgefäß (12) angeordneten Erstzellen-Kontaktverbinderblech (34), das mit der Zwischenwand (30) verbunden ist und mit dem Erstzellen-Plattenstapel (24) in Kontakt steht, und mit
(g) mindestens einem in dem zweiten Zellgefäß (14) angeordneten Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40), das mit dem Zweitzellen- Plattenstapel (26) in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass (h) jedes der Kontaktverbinderbleche (34, 40) über mindestens eine
Federzunge (38) mit dem jeweiligen Plattenstapel (24, 26) in Kontakt steht, wobei die mindestens eine Federzunge (38) (i) einen mechanischen Druck auf den Plattenstapel (24, 26) ausübt, (ii) mit einem freien Ende (51 ) mit dem jeweiligen Plattenstapel
(24, 26) in Kontakt steht und
(iii) so angeordnet ist, dass sie einer Bewegung des Plattenstapels (24, 26) aus dem Zellgefäß (12, 14) hinaus einen höheren mechanischen Widerstand entgegensetzt als einer Bewegung in das Zellgefäß (12, 14) hinein.
2. Prismatischer Akkumulator (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40) bezüglich der Zwi- schenwand (30) dem Erstzellen-Kontaktverbinderblech (34) gegenüberliegend mit der Zwischenwand (30) verbunden ist.
3. Prismatischer Akkumulator (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenstapel (24, 26) jeweils zumindest ein Ableiterblech (48, 50) besitzen und die Federzungen (38) den mechanischen Druck auf das zumindest eine Ableiterblech (48, 50) ausüben.
4. Prismatischer Akkumulator (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Plattenstapel (48, 50) beidseitig mit mindestens drei Federzungen (38) in Kontakt steht.
5. Prismatischer Akkumulator (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstzellen-Kontaktverbinderblech (32) und das Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40) mittels mindestens einer Niete (42) mechanisch und elektrisch verbunden sind.
6. Prismatischer Akkumulator (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net, dass die mindestens eine Niete (42) durch ein Nietloch (52) in der
Zwischenwand (30) verläuft und mit dem Nietloch (52) eine Presspassung bildet.
7. Prismatischer Akkumulator (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass die Presspassung so ausgebildet ist, dass die Niete (42) laugendicht in dem Nietloch (52) angeordnet ist.
8. Prismatischer Akkumulator (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Niete (42) das zugehörige Kontaktverbin- derblech (32;40) axial gegen die zugehörige Zwischenwand (30) verspannt.
9. Prismatischer Akkumulator (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch genau zwei Kontaktverbinderbleche (32, 34, 40, 41 ) pro Zellgefäß (12,14), die beidseits des jeweiligen Plattenstapels (24, 26) angeordnet sind.
10. Prismatischer Akkumulator (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (38) einstückig an dem jeweiligen Kontaktverbinderblech (32, 34, 40, 41 ) ausgebildet sind.
11. Prismatischer Akkumulator (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Nickel-Metallhydridakkumulator oder ein Nickel-Kadmiumakkumulator ist.
12. Prismatischer Akkumulator (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: in dem ersten Zellgefäß (12) ein positiver Erstzellen-Plattenstapel
(44) und ein negativer Erstzellen-Plattenstapel (46) aufgenommen sind, in dem zweiten Zellgefäß (14) ein positiver Zweitzellen-Plattenstapel und ein negativer Zweitzellen-Plattenstapel aufgenommen sind, wobei das mindestens eine Erstzellen-Kontaktverbinderblech (32) und das mindestens eine zugehörige Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40) so angeordnet ist, dass der positive Erstzellen- Plattenstapel (44) des ersten Zellgefäßes (12) mit dem negativen Zweitzellen-Plattenstapel des zweiten Zellgefäßes (14) oder der negative Erstzellen-Plattenstapel (46) des ersten Zellgefäßes (12) mit dem positiven Zweitzellen-Plattenstapel des zweiten Zellgefäßes (14) verbunden ist.
13. Prismatischer Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktverbinderbleche (38, 40) aus vernickeltem Federstahl bestehen.
14. Verfahren zum Herstellen eines prismatischen Akkumulators mit den Schritten:
(a) Bereitstellen eines Gehäuses (28, 58) mit einem ersten Zellgefäß (12) und mindestens einem zweiten Zellgefäß (14), das vom ersten
Zellgefäß (12) durch eine elektrisch isolierende Zwischenwand (30) getrennt ist,
(b) Einbringen mindestens eines Erstzellen-Kontaktverbinderblechs (34) in das erste Zellgefäß (12), (c) Einbringen mindestens eines Zweitzellen-Kontaktverbinderblechs
(40) in das zweite Zellgefäß (14),
(d) Verbinden des mindestens einen Erstzellen-Kontaktverbinderblech (34) mit dem mindestens einen Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40) und (e) Einbringen jeweils mindestens eines Erstzellen-Plattensatzes (24) in das erste Zellgefäß (12), so dass er mit dem mindestens einen Erstzellen-Kontaktverbinderblech (32) in dauerhaften Kontakt gebracht wird, und
(f) Einbringen jeweils mindestens eines Zweitzellen-Plattenstapels (26) in das zweite Zellgefäß (14), so dass er mit dem mindestens einen
Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40) in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
(g) als Kontaktverbinderbleche (34, 40) solche verwendet werden, die jeweils mindestens eine Federzunge (38) aufweisen, und so einge- bracht werden, dass die mindestens eine Federzunge (38)
(i) einen mechanischen Druck auf den Plattenstapel (24, 26) ausübt, (ii) mit einem freien Ende (51 ) mit dem jeweiligen Plattenstapel
(24, 26) in Kontakt steht und (iii) so angeordnet ist, dass sie einer Bewegung des Plattenstapels
(24, 26) aus dem Zellgefäß (12, 14) hinaus einen höheren me- chanischen Widerstand entgegensetzt als einer Bewegung in das Zellgefäß (12, 14) hinein.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbin- den des mindestens einen Erstzellen-Kontaktverbinderblech (32) mit dem mindestens einen Zweitzellen-Kontaktverbinderblech (40) ein Vernieten umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernie- ten ein Kaltvernieten ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vernieten eine gegenüber einem Nietloch (52) so groß dimensionierte Niete (42) verwendet wird, dass eine dichtungsfreie laugen- dichte Nietverbindung entsteht.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktverbinderbleche (38, 40, 54) vorgefertigt werden.
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