DE3133773C1 - Housing for individual cells which can be assembled to form high-power batteries - Google Patents

Abstract

The invention relates to a housing for individual cells (modules) which can be assembled to form high-power batteries, fuse elements being integrated in the side housing walls, which fuse elements consist of teeth (ribs) which project like combs, and which fuse elements engage in the teeth of adjacent housings in order to fix their mutual position. The tooth height and the tooth gap are in this case dimensioned such that a cooling gap is left between the individual housing walls for gaseous media to flow through.

Description

Die Erfindung betrifft Gehäuse für Einzelzellen, die ⁴$ zu Hochleistungsbatterien zusammensetzbar sind nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to housings for individual cells ⁴ $ to high-capacity batteries can be assembled according to the preamble of claim 1.

Es sind aus Einzelzellen zusammengesetzte Hochleistungsakkumulatoren bekannt, deren Gehäuse aufgrund ihrer glatten Außenwände beliebig untereinander kombinierbar sind. Diese haben aber den Nachteil, daß der zur Kühlung mit vorzugsweise gasförmigen Medien notwendige Zwischenraum zwischen den Gehäusen nur über besondere Maßnahmen, wie z. B. Distanzstücke oder dgl. geschaffen werden kann. Eine ausreichende Kühlung ist dann notwendig, wenn moderne Hochleistungsakkumulatoren zum Einsatz kommen, die sich einerseits im Betrieb und/oder beim Ladevorgang stark erwärmen, andererseits aber durch zu große Temperaturerhöhungen irreversible Schädigungen z. B. bezug- lieh des Ladewirkungsgrades und ihrer Zyklusfestigkeit bzw. Lebensdauer, erleiden können. Im übrigen ist ein gesonderter Aufwand zur gegenseitigen Lagefixierung der Einzelzellen erforderlich.There are high-performance accumulators composed of individual cells known, the housing due to their smooth outer walls can be combined with one another as required. But these have the disadvantage that only the space between the housings that is necessary for cooling with preferably gaseous media about special measures, such as B. spacers or the like. Can be created. A sufficient one Cooling is necessary when modern high-performance accumulators are used, which on the one hand, heat up strongly during operation and / or during the charging process, on the other hand, irreversible damage caused by excessive temperature increases, e.g. B. reference borrowed the charging efficiency and their cycle stability or service life, can suffer. Otherwise is a separate effort is required to fix the individual cells in relation to one another.

Es ist ferner eine Einrichtung zur Verklammerung von Akkumulatorgehäusen bekannt (DE-PS 11 74 859), bei welcher auf mindestens zwei einander gegenüberliegenden Außenseiten der Akkumulatorengehäuse je eineThere is also a device for clamping accumulator housings known (DE-PS 11 74 859), in which on at least two mutually opposite outer sides of the battery housing each one gegen die senkrechte Eckkante des Gehäuses geneigte Führungsnut angeordnet ist und die Gehäuse durch in diese Nuten eingreifende Klammern zusammengehalten sind. Damit lassen sich zwar Reihen nebeneinanderstehender Batteriegehäuse gut zusammenklcmmen. Ein flächiger Verband von Einzelzellen kann jedoch nur zeilenweise aufgebaut werden, wobei die Zeilen durch einen Aufstellrahmen oder dgL zusammengehalten werden müssen. Aufgrund der vorgegebenen Reihenanordnung können die bekannten Einzelzellen nicht beliebig elektrisch zu einem Verband kombiniert werden, wenn nicht kompliziert gestaltete Polbolzenbrücken vielfältiger Art verwendet werden.against the vertical corner edge of the housing inclined guide groove is arranged and the housing through in brackets engaging these grooves are held together. This allows rows of battery housings standing next to one another to be clipped together well. A Flat association of single cells can only be built up line by line, with the lines through a support frame or similar must be held together. Because of the given row arrangement, the known individual cells cannot Any number of electrical connections can be made to form an association, provided that various kinds of complicated pole-bolt bridges are not used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einzelzellen von Akkumulatoren in der elektrischen Anordnung unter Verwendung eines einheitlichen einfachen Typs von Polbolzenbrücken zusammensetzbar zu gestalten, wobei auch bei einem mechanisch beliebig kombinierten flächigen Verband von Einzelzellen ohne irgendwelche zusätzliche Hilfsmittel ein Verschieben der Einzelzellen gegeneinander zuverlässig vermieden wird.The invention is based on the object of providing individual cells of accumulators in the electrical arrangement to make them assemblable using a uniform, simple type of pole bolt bridges, even with a mechanically arbitrarily combined planar association of individual cells without any additional aids a displacement of the individual cells against each other is reliably avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Dadurch wird zwischen den einzelnen Gehäusen ein definierter Abstand über gehäuseseitig integrierte Sicherungselemente (Verzahnung) hergestellt bzw. ausgespart. Dabei übernehmen die Zähne die Funktion, die einzelnen Gehäuse der Einzelzellen gegeneinander abzustützen und in ihrer Lage zueinander zu halten. Der zwischen den Einzelzellen verbleibende Spalt wird zur Abführung der entstehenden Wärme mit einem vornehmlich gasförmigen Medium durchströmt. Die Gehäuse der Einzelzellen, die aus einem geeigneten, korrosionsfesten Werkstoff, wie z. B. Polyolefine, Edelstahl oder Sondermetalle, hergestellt sind, weisen zur Erreichung eines über die gesamte Länge und Breite der Hochleistungsbatterie konstanten Strömungsquerschnittes gerade und zueinander parallele Wände auf, also keine Konizität, Entformungsschrägen etc. Die asymmetrische Anordnung der Zähne um die Längsund Querachsen des Gehäuses ermöglicht es, daß beliebige geometrische Kombinationen im rechtwinkligen Koordinatensystem zusammenstellbar sind. Die Zähne an den Außenwänden der Einzelzellengehäuse bilden zueinander parallele Strömungskanäle und gewährleisten, daß einzelne Zellen zu Servicezwecken aus dem Verband von irgendeiner Seite des Hochleistungsakkumulators herausgezogen und wieder hineingesteckt werden können, ohne den Ve-band aufzulösen. Durch das Ineinandergreifen der Zähne wird ein Verrutschen der Gehäuse gegeneinander zuverlässig verhindert, wodurch ein Einsatz der Batterie auch in Fahrzeugen möglich ist. Die Wahl bestimmter Größenverhältnisse der Gehäuse, wobei die Länge zur Breite im Verhältnis 2 :1 ausgelegt ist und der Polbolzenabstand gleich der Breite ist, gestattet ein in allen Richtungen gleichmäßiges, rechtwinkliges Rastermaß. Dadurch kann die Anordnung der Einzelzellen den jeweiligen Erfordernissen (Parallel- oder Reihenschaltung, Kombination der beiden Schaltungen, komplizierte Geometrie u. a.) bei gleichem Polbolzenabstand und damit auch gleicher Polbrückenlänge gerecht werden.As a result, a defined distance is integrated between the individual housings on the housing side Securing elements (toothing) manufactured or cut out. The teeth take on the function to support the individual housings of the individual cells against each other and to hold them in their position relative to each other. Of the The gap remaining between the individual cells is used to dissipate the resulting heat with a mainly gaseous medium flows through. The housings of the individual cells, which are made of a suitable, corrosion-resistant material, such as B. polyolefins, stainless steel or special metals, are made to achieve a constant flow cross-section over the entire length and width of the high-performance battery, straight and parallel walls, So no conicity, draft angles, etc. The asymmetrical arrangement of the teeth around the longitudinal and transverse axes of the housing makes it possible that any geometric combinations can be put together in the right-angled coordinate system. the Teeth on the outer walls of the single cell housing form flow channels and parallel to one another ensure that individual cells for service purposes can be pulled out of the bandage from either side of the high-performance accumulator and then reinserted without undoing the band. The meshing of the teeth ensures that the housings slip against each other reliably prevented, which means that the battery can also be used in vehicles. The choice of certain proportions of the housing, whereby the length to the width in A ratio of 2: 1 is designed and the pole stud spacing is equal to the width, allows one in all directions Uniform, right-angled grid dimensions. As a result, the arrangement of the individual cells can suit the respective Requirements (parallel or series connection, combination of the two circuits, complicated geometry among other things) with the same pole bolt spacing and thus also the same pole bridge length.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die an den Gehäusewänden vorgesehenen Sicherungselemente auf kurze Zahnreihen beschränkt sein, die im Bereich der durch die Polbolzen verlaufenden Symmetrieachsen angeordnet sind. Dadurch wird ein großer Luftspalt bei wenig Materialaufwand erzielt.In an advantageous embodiment of the invention, can the fuse elements provided on the housing walls be limited to short rows of teeth that are in the Area of the axes of symmetry extending through the pole bolts are arranged. This will make a great one Air gap achieved with little material expenditure.

Ferner können zur Kennzeichnung des Minuspols am Gehäuse die Anzahl der Sicherungselemente an den Längsseiten bezüglich der beiden Polbolzen unterschiedlich sein.Furthermore, to identify the negative pole on the housing, the number of fuse elements on the Long sides be different with respect to the two pole bolts.

Schließlich können die Zähne der Sicht.-ungselemente sich lediglich über einen Bruchteil der Höhe der Gehäusewandungen erstrecken, was den Kühlluftspalt vergrößertFinally, the teeth can be the visual elements only extend over a fraction of the height of the housing walls, which creates the cooling air gap enlarged

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es ^eigtThe invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing will. It does

F i g. 1 ein Gehäuse für eine Einzelzelle gemäß der Erfindung in Draufsicht,F i g. 1 a housing for a single cell according to the invention in plan view,

F i g. 2 eine Anordnung beliebig zusammengesetzter Einzelzellen zu einer Hochleistungsbatterie in Draufsieht, F i g. 2 an arrangement of randomly assembled individual cells to form a high-performance battery in plan,

Fig.3 einen Teilausschnitt im Bereich der Sicherungselemente bei im Verband angeordneten Gehäusen,3 shows a partial section in the area of the securing elements in the case of casings arranged in a group,

Fig.4 eine Seitenansicht eines Gehäuses einer Einzelzelle und4 is a side view of a housing of a Single cell and

Fig.5—18 verschiedene Schaltmöglichkeiten der Einzelzellen im Verband.Fig.5-18 different switching possibilities of the Single cells in association.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Gehäuse 1 für eine Einzelzelle ist mit Polbolzen 2, 3 versehen, die in einem Abstand A voneinander angeordnet sind. Die langen Seiten 4, 5 des Gehäuses 1 weisen je zwei aus vorstehenden Zähnen oder Rippen bestehende Sicherungselemente 6, 7 und 8, 9 auf, während für die schmalen Seiten 10,11 je ein Sicherungselement 12,13 vorgesehen ist. Die Sicherungselemente 6—9 und 12,13 können im Verband mit benachbarten Gehäusen 1 kamtnartig ineinandergreifen und so ein gegenseitiges Verschieben zuverlässig verhindern. Die langen Seiten 4, 5 des Gehäuses 1 sind auf die doppelte Länge des Polbolzenabstandes A ausgelegt wobei in diesem MaS eine Zahnhöhe 14 der Sicherungselemente 12, 13 mit eingeschlossen ist Die schmalen Seiten 10, 11 sind hingegen auf das Maß A ausgelegt wobei gleichfalls in dem Maß A eine Zahnhöhe 14 der Sicherungselemente 6—9 mit einbezogen ist Zwecks gehäuseseitiger Kennzeichnung von Plus- und Minuspol können die Sicherungselemente 7, 9 an der Symmetrie-Querachse 17 des Minuspols 3 lediglich aus einem einzigen Zahn bestehen.The in the F i g. Housing 1 shown in FIGS. 1 and 2 for a single cell is provided with pole bolts 2, 3 which are arranged at a distance A from one another. The long sides 4, 5 of the housing 1 each have two locking elements 6, 7 and 8, 9 consisting of protruding teeth or ribs, while a locking element 12, 13 is provided for each of the narrow sides 10, 11. The securing elements 6-9 and 12, 13 can interlock in the association with adjacent housings 1 in a chamfer-like manner and thus reliably prevent mutual displacement. The long sides 4, 5 of the housing 1 are designed for twice the length of Polbolzenabstandes A in which MaS a tooth height of the fuse elements 14 12, 13 is included with the narrow sides 10, 11 are, however, adapted to the dimension A which also in the Dimension A includes a tooth height 14 of the fuse elements 6-9. For the purpose of identifying the positive and negative pole on the housing side, the fuse elements 7, 9 on the transverse symmetry axis 17 of the negative pole 3 can consist of only a single tooth.

Der Teilausschnitt F i g. 3, verdeutlicht die geometrische Anordnung der ineinandergreifenden Sicherungselemente 6—9 und 12, 13, wobei die Zahnhöhe 14 den zwischen den Gehäusen 1 der Einzelzellen verbleibenden Kühlspalt bestimmtThe partial section F i g. 3, illustrates the geometric arrangement of the interlocking securing elements 6-9 and 12, 13, the tooth height 14 being that remaining between the housings 1 of the individual cells Cooling gap determined

Entscheidend für die Funktion der zu einem Verband zusammengesetzten Einzelzellen ist daß die Sicherungselemente 6—9 und 12, 13 gegenüberliegender Gehäuseseiten 4, 5 bzw. 10, 11 um eine halbe Zahnteilung T versetzt angeordnet sind, wobei die Zahnlücke 18 breiter als die Zahnstärke 19 (Spiel) ist.It is crucial for the function of the individual cells that are assembled to form a group that the securing elements 6-9 and 12, 13 on opposite housing sides 4, 5 or 10, 11 are offset by half a tooth pitch T , whereby the tooth gap 18 is wider than the tooth thickness 19 ( Game) is.

Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist können sich die Zähne der Sicherungselemente 6—9 und 12, 13 über die gesamte Höhe des Batteriegehäuses 1 erstrecken; sie können aber auch nur einen Bruchteil der Höhe messen und beliebig am Gehäuse angesetzt sein.As shown in FIG. 4 can be seen the teeth of the securing elements 6-9 and 12, 13 over the extend the entire height of the battery case 1; but they can only measure a fraction of the height and placed anywhere on the housing.

Die Fig.5—18 deuten beispielhaft einige Kombinalionsmöglichkeiten für die Anordnung der Einzelzellen an.FIGS. 5-18 show some possible combinations by way of example for the arrangement of the individual cells.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Gehäuse für Einzelzellen von Akkumulatoren mit einem Seitenverhältnis Länge zu Breite wie 2:1, die zu Hochleistungsbatterien zusammensetzbar sind, wobei an den fertigungsgleichen Gehäusen wandintegrierte Sicherungselemente zur gegenseitigen Verhinderung von Lageverschiebungen der Gehäuse und zum Freihalten eines Kühlspaltes zwischen den Gehäusewänden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungselemente (6—9 und 12, 13) aus kammartig hervorstehenden vertikal verlaufenden Zähnen, Rippen oder dgL bestehen, die in die Zähne is benachbarter Gehäuse (1) einfügbar sind, wobei die Zähne gegenüberliegender Gehäusewände (4, S bzw. 10, 11) um eine halbe Zahnteilung zueinander versetzt sind und wobei bei der Ermittlung des Seitenverhältnisses zur Länge und zur Breite jeweils eine Zahnhöhe (14) einzubeziehen ist, ferner daß der Polbolzenabstand (A) gleich der Breite einer Einzelzelle ist und daß die Polbolzen (2, 3) jeweils mittig innerhalb einer Hälfte der Einzelzelle angeordnet sind.1.Housing for individual cells of accumulators with an aspect ratio length to width of 2: 1, which can be assembled to form high-performance batteries, with fuse elements integrated into the wall to prevent mutual displacement of the housings and to keep a cooling gap free between the housing walls, thereby characterized in that the securing elements (6-9 and 12, 13) consist of comb-like protruding vertically extending teeth, ribs or the like, which can be inserted into the teeth of adjacent housings (1), the teeth of opposing housing walls (4, S or 10, 11) are offset from one another by half a tooth pitch and a tooth height (14) must be included when determining the aspect ratio to length and width, furthermore that the pole pin spacing (A) is equal to the width of a single cell and that the pole pins ( 2, 3) each arranged centrally within one half of the single cell are. 2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Gehäusewänden (4, 5 und 10.11) vorgesehenen Sicherungselemente (6—9 und 12,13) auf eine kurze Zahnreihe beschränkt sind, die im Bereich der durch die Polbolzen (2, 3) J0 verlaufenden Symmetrieachsen (15,16,17) angeordnet sind.2. Housing according to claim 1, characterized in that the on the housing walls (4, 5 and 10.11) provided securing elements (6-9 and 12,13) are limited to a short row of teeth, which in the area of the pole bolts (2, 3) J0 extending axes of symmetry (15,16,17) are arranged. 3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Sicherungselemente (7,3. Housing according to claim 2, characterized in that the number of securing elements (7, 9) an den Längsseiten (4, 3) bezüglich der beiden Polbolzen (2,3) unterschiedlich ist.9) on the long sides (4, 3) is different with respect to the two pole bolts (2,3). 4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Sicherungselemente (6—9, 12, 13) sich lediglich über einen Bruchteil der Höhe der Gehäusewandung erstrecken.4. Housing according to claim 3, characterized in that the teeth of the securing elements (6-9, 12, 13) only extend over a fraction of the height of the housing wall.