DE4214429A1 - Batterie, sowie verfahren zur anordnung einer mehrzahl von elektrochemischen zellen zur bildung einer derartigen batterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Batterien. Insbesondere be­ trifft die vorliegende Erfindung eine Batterie nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bestehend aus einer Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen, sowie ein Ver­ fahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 11 zur Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen zur Bildung ei­ ner derartigen Batterie.

Anordnungen von elektrochemischen Zellen, die in Serie hin­ tereinander verschaltet sind und in geeigneten Behältern an­ geordnet sind, um Batterien zu bilden, sind allgemein be­ kannt. Derartige Anordnungen verwenden beispielsweise elek­ trochemische Zellen mit chemisch aktiven Substanzen, welche miteinander reagieren, um ein elektrisches Potential zwi­ schen positiven und negativen Anschlüssen zu bilden. Ein Beispiel eines derartigen Zellenaufbaus ist der Metall/Luft- Typ, der in einer konkreten Ausführungsform Zink und Luft als miteinander reagierende Substanzen verwendet.

Ein konkretes Beispiel einer wirksam arbeitenden Batterie unter Verwendung einer Anordnung von Zink/Luft-Zellen ist in der US-PS 45 47 438 beschrieben. Diese bekannte Batterie verwendet einen Stapel aus zueinander ausgerichteten, in Se­ rie miteinander geschalteten Zellen, welche sich hinterein­ ander entlang der Längserstreckung eines rechteckförmigen parallelwandigen Gehäuses oder Behälters erstrecken. Das Ge­ häuse beinhaltet eine Mehrzahl von Öffnungen entlang den Seitenwänden für eine Belüftung des Gehäuseinneren, wobei diese Öffnungen vorzugsweise mit einem porösen polymeren Ma­ terial bedeckt sind, um das Eintreten von Luft in das Ge­ häuse einerseits zu ermöglichen, jedoch den Eintritt von Wasser oder anderen Materialien andererseits zu verhindern. Die gesamte Anordnung verwendet eine relativ begrenzte An­ zahl von Einzelteilen im Vergleich mit bisher bekannten An­ ordnungen, wobei die Einzelteile sicher und praktisch opti­ mal in ein Standardgrößen-Gehäuse eingebaut bzw. zu diesem zusammengefügt sind, wobei das Gehäuse die üblicherweise be­ kannten von außen her zugänglichen positiven und negativen Schnapp-Anschlüsse zum Bereitstellen des elektrischen Ge­ samtpotentials, beispielsweise 9,0 V verwendet, so daß die Batterie in einer Vielzahl von batteriebetriebenen Geräten, beispielsweise Transistorradios oder dergleichen einsetzbar ist.

Obwohl sich derartige bekannte Batterien als durchaus sinn­ voll herausgestellt haben, wenn Zink/Luft-Zellen des Typs verwendet werden, die zum Zeitpunkt der Entwicklung dieser Batterien verfügbar waren, ist das spezielle Gehäuse und die Zellenanordnung zur Verwendung mit größeren Zellen höherer Kapazität nicht verwendbar, ohne hierbei die Außenabmessun­ gen des Gehäuses vergrößern zu müssen. Die Gehäuse müssen jedoch eine standardisierte Größe haben, da sie in der Lage sein müssen, in die standardisierten Aufnahmeräume zu pas­ sen, welche in üblicherweise batteriebetriebenen Vorrichtun­ gen bereits vorgesehen sind. Daher ist es wünschenswert, eine Batterie zu schaffen, bei der größere Zellen höherer Kapazität in ein Gehäuse standardisierter Größe eingesetzt werden können, um eine Batterie zu schaffen, welche problem­ los in batteriebetriebenen Vorrichtungen verwendbar ist und hierbei eine längere Lebensdauer zeigt, ohne daß hierbei die Herstellungskosten und somit die Kosten für Händler und Ver­ braucher ansteigen. Derartige Batterien sollten auch so aus­ gelegt sein, daß sie ein effektiveres Milliampere-Stun­ den/Dollar-Verhältnis als bisher erhältliche Batterien mit Zink/Luft-Zellen haben. Derartige Zellen höherer Kapazität sind jedoch größer als die bisher erhältlichen, da bei den zylindrischen Knopfzellen die Höhen der Zellen größer sind, als die Zellen in der erwähnten US-PS 45 47 438.

Weiterhin ist es wünschenswert, daß eine Batterie, welche in Serie geschaltete Zink/Luft-Zellen höherer Kapazität verwen­ det, unter Verwendung weniger Einzelteile herstellbar, mit einfacher zu bedienenden und weniger kostenaufwendigen Fer­ tigungstechniken herstellbar ist als diejenigen, die gemäß der US-PS 45 47 438 hergestellt werden, um so die Gesamtko­ sten der Batterie zu verringern, als auch Kosten und Zeit für die Herstellung hiervon zu verringern. Eine derart ver­ besserte Anordnung sollte jedoch weiterhin sämtliche Vor­ teile der Zink/Luft-Zellen-Anordnungen aufweisen, ohne ir­ gendwelchen zusätzlichen betriebsmäßigen, herstellungstech­ nischen oder strukturellen Nachteile zu bieten.

Erreicht wird dies durch eine erfindungsgemäße Batterie ge­ mäß Anspruch 1, sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bildung einer derartigen Batterie, nach Anspruch 11. Gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Batterie eine er­ ste Mehrzahl von Zellen, welche innerhalb eines Kunststoff­ gehäuses hintereinander gestapelt angeordnet sind, wobei jede Zelle eine erste Ausrichtung hat, sowie eine zweite Mehrzahl von Zellen, von denen jede benachbart der ersten Mehrzahl von Zellen innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine zweite Ausrichtung hat, welche im wesentlichen im rechten Winkel zur ersten Ausrichtung der ersten Mehrzahl von Zellen steht. Die erste und zweite Mehrzahl von Zellen sind unter Verwendung von Kontaktlaschen zusammengefügt, so daß die Zellen insgesamt elektrisch in Serie geschaltet sind. Das Zusammenfügen mittels der Kontaktlaschen findet so statt, daß alle Zellen zunächst in einer hintereinanderlie­ genden Konfiguration vorliegen. Die zweite Mehrzahl von Zel­ len wird dann in die gewünschte hierzu senkrecht verlaufende Ausrichtung umgefaltet. Eine standardisierte Anschlußplat­ ten-Konfiguration mit allgemein bekannten Druckknopfan­ schlüssen zum Anschluß externer Verbraucher an die Batterie wird dann an die gefaltete Stapelanordnung der Zellen eben­ falls mit Kontaktlaschen angeschlossen.

Die gefaltete Konfiguration kann leicht in das Gehäuse ein­ geführt werden, so daß die einzelnen Zellen sicher in Auf­ nahmeöffnungen an der inneren Oberfläche der Basis des Ge­ häuses und an der Innenoberfläche einer Abdeckung des Gehäu­ ses aufgenommen werden. Wenn Zink/Luft-Zellen verwendet wer­ den, weist das Gehäuse vorzugsweise an jedem seiner Enden Öffnungen auf, um den Zutritt von Luft in die Zellen zu er­ möglichen, um in Wechselwirkung mit den Zellen das elektri­ sche Potential in jeder Zelle aufzubauen. Verschlüsse an beiden Enden der Abdeckung verschließen die Öffnungen wirk­ sam derart, daß zwar Luft eintreten kann, das Eintreten von Fremdkörpern in das Innere des Gehäuses jedoch verhindert ist.

Eine derartige Zellenanordnung erlaubt die Verwendung eines Gehäuses mit standardisierter Größe, wobei dieses Gehäuse jedoch größere Zellen höherer Kapazität derart aufnehmen kann, daß die Gesamtanordnung weniger Einzelteile wie bisher bekannte Batterien benötigt. Die Anordnung ist leicht zusam­ menzubauen, so daß die Herstellungskosten der endgültigen Batterie verringert werden können, so daß die erhöhten Ko­ sten für die Zellen höherer Kapazität nicht zu höheren Ge­ samtherstellungskosten führen, so daß weiterhin die erfin­ dungsgemäße Batterie im Vergleich mit denjenigen Batterien, die weniger teure Zellen geringerer Kapazität verwenden, nicht teurer sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Dar­ stellung einer Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Batterie;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Inneren der Abdeckung der Batterie von Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Batterie von Fig. 1 ent­ lang der Linie 3-3 in Fig. 4, wobei die einzel­ nen Zellen und die Anschlußplatte der Zellenan­ ordnung in dem Gehäuse anordnet sind;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang Linie 4-4 in Fig. 3; und

Fig. 5 bis 12 Darstellungen der aufeinanderfolgenden Her­ stellungsschritte zur Herstellung der Batterie gemäß Fig. 1.

Wie aus den Fig. 1 bis 4 hervorgeht, welche eine mögliche Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, umfaßt eine Batterie 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Gehäuseabschnitt 11 und einen Deckelabschnitt 12. Das Gehäuse 11 ist aus einem geeigneten Kunststoffmaterial bei­ spielsweise im Spritzguß hergestellt und weist einen äußeren Wandabschnitt 13 und einen zurückgesetzten inneren Wandab­ schnitt 14 auf. Die innere Bodenfläche des Gehäuses 11 weist eine Mehrzahl von kreissegmentartigen Vertiefungen auf, wel­ che voneinander getrennte konkave Aufnahmeöffnungen oder Ne­ ster bilden, in welche eine Anordnung aus einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen einsetzbar ist, wie noch beschrie­ ben werden wird. In der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise vier Vertiefungen 15 vorgesehen, deren kreis­ segmentartige Oberflächen eine erste Ausrichtung haben und die benachbart eines inneren Seitenwandabschnittes entlang der Längserstreckung des Gehäuses ausgebildet sind und zwei weitere Vertiefungen 16 vorgesehen, deren kreissegmentartige Oberflächen eine zweite Ausrichtung haben, welche senkrecht zu derjenigen der Vertiefungen 15 steht, wobei die Vertie­ fungen 16 benachbart der gegenüberliegenden inneren Seiten­ wand sind, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Teilabschnitte der zy­ lindrischen Außenoberflächen einer jeden Zelle aus einer Mehrzahl von Zellen 29 in einer Zellenanordnung 28 werden in den nestartigen Vertiefungen aufgenommen, wenn die Zellenan­ ordnung 28 in das Gehäuse 11 eingesetzt wird, wie noch be­ schrieben werden wird.

Gemäß Fig. 2 weist die nach innen weisende Oberfläche der Abdeckung 12 den Vertiefungen 15 und 16 im Gehäuse 11 ent­ sprechende Vertiefungen 18 und 19 auf, in welche die entge­ gengesetzten Abschnitte der zylindrischen Oberflächen der Zellen 29 einsetzbar sind, wenn der Deckel 12 auf das Ge­ häuse 11 aufgesetzt wird, nachdem die Zellenanordnung 28 in das Gehäuse 11 eingesetzt worden ist. Wenn die Zellen 29 in­ nerhalb des Gehäuses 11 und der Abdeckung 12 zu liegen kom­ men, werden sie zwischen den Vertiefungen 15 und 16 des Ge­ häuses 11 und den Vertiefungen 18 und 19 des Deckels 12 si­ cher gehalten.

Trennstege 20 bzw. 21 sind zwischen den Vertiefungen 15 bzw. 18 ausgebildet, um die einzelnen Zellen voneinander getrennt zu halten, welche in einander benachbarten Vertiefungen zu liegen kommen. Ein Trennsteg 22 ist so ausgebildet, daß er nach innen von einer inneren Seitenwand des Gehäuses 11 zwi­ schen den Vertiefungen 16 vorsteht, so daß die Zellen in den Vertiefungen 16 durch den Trennsteg 22 voneinander getrennt sind. Ein weiterer Trennsteg 23 und Trennstege 23A parallel hierzu sind auf der Bodenoberfläche des Gehäuses 11 in einem Mittenbereich entlang der Mittellängsachse des Gehäuses 11 ausgebildet, um die Trennung zwischen den Zellen in den Ver­ tiefungen 15 und den Zellen in den Vertiefungen 16 aufrecht­ zuerhalten. Ein Ende des Gehäuses 11 weist eine rechteckför­ mige Öffnung 24 auf, die wie dargestellt in einem Mittenbe­ reich an dem oberen Umfangsrand ausgebildet ist. Das andere gegenüberliegende Ende des Gehäuses 11 weist eine große rechteckförmige Öffnung in dem äußeren Wandabschnitt 13 und eine entsprechend kleinere rechteckförmige Öffnung in dem inneren Wandabschnitt 14 auf, wie ebenfalls am besten aus Fig. 1 hervorgeht. Zwischen Umfangskanten 25 im äußeren Wandabschnitt 13 und Umfangskanten 26 des inneren Wandab­ schnittes 14 ist ein Schlitz 30 ausgebildet.

Gemäß den Fig. 1 und 3 hat jede der elektrochemischen Zellen 29, die in der dargestellten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung verwendet werden, im wesentlichen zylindrische Formgebung mit einer elektrisch leitfähigen tassenförmigen Struktur 31, die als Kathode oder negativer Anschluß dient und einer elektrisch leitfähigen Kappe 32, die als Anode oder positiver Anschluß dient. In der dargestellten Ausfüh­ rungsform sind vier Zellen 29 bis 29D hintereinander in ei­ ner Reihe vorgesehen, wobei die flachen Oberflächen einander benachbart sind. Die tassenförmige Kathodenstruktur 31 oder der tassenförmige Mantel der Zelle 29A an einem Ende des Stapels ist elektrisch mit der Anodenkappe 32 der benachbar­ ten Zelle 29B über ein elektrisch leitfähiges metallisches Streifenelement oder eine Kontaktlasche 33A verbunden. Auf ähnliche Weise ist die Kathode der Zelle 28B elektrisch mit der Anode der Zelle 29G über eine Kontaktlasche 33B verbun­ den und die Kathode der Zelle 29G ist elektrisch mit der An­ ode der Zelle 28D über eine Kontaktlasche 33G verbunden. So­ mit sind die Zellen 29A bis 29D elektrisch in Reihe geschal­ tet.

Zwei weitere Zellen 29E und 29F sind bezüglich der Reihenan­ ordnung der Zellen 29A bis 29D ungefaltet und damit gemäß Fig. 1 oder insbesondere 3 so ausgerichtet, daß ihre flachen Oberflächen im wesentlichen senkrecht zu denjenigen der Zelle 29An bis 29D stehen. Hierbei ist die tassenförmige Ka­ thode der Zelle 29D mit der Anodenkappe der Zelle 29E über ein elektrisch leitfähiges Streifenelement oder eine Kon­ taktlasche 33D in Verbindung und die Kathode der Zelle 29E ist mit Anodenkappe der Zelle 29F über eine Kontaktlasche 33E in Verbindung. Die Verbindung stellt sicher, daß alle Zellen 29A bis 29F elektrisch in Reihe geschaltet sind, wo­ bei eine kompakte Zellenanordnung des dargestellten Aufbaues erzielt wird, wobei diese Zellenanordnung auch als "4-2-Kon­ figuration" bezeichnet wird, wenn wie dargestellt sechs Zel­ len verwendet werden.

Ein Band 34 aus elektrisch isolierendem Material ist fest über die Kontaktpunkte der tassenförmigen Kathoden der Zel­ len 29A bis 29D gesetzt, um sicherzustellen, daß die Ober­ flächen dieser Zellen elektrisch von den Oberflächen der Zellen 29E und 29F getrennt sind. Alternativ hierzu kann der Trennsteg 23 des Gehäuses 11 weiter nach oben von der Boden­ oberfläche des Gehäuses 11 weggezogen werden, also in etwa auf die Höhe des Trennsteges 22, um die Zellen 29A bis 29D vollständig von den Zellen 29E und 29F physisch und elek­ trisch zu isolieren, wobei dann auf das Isolierband 34 ver­ zichtet werden kann.

Eine im wesentlichen rechteckförmige Anschlußplatte 35 trägt in bekannter Art einen positiven Schnappanschluß 36 und einen negativen Schnappanschluß 37 (Kronenkontakt). Die Aus­ bildung der Anschlußplatte 35 ist allgemein bekannt und des Typs, der bereits seit langem in Massenproduktion für eine Vielzahl von Standardbatterien verwendet wird. Die Abmessun­ gen der Anschlußplatte 35 können für die dargestellte Batte­ rie geeignet spezifiziert werden, so daß sowohl die An­ schlußplatte 35 als auch die Anschlüsse 36 und 37 problemlos und kostengünstig in großen Mengen erstellbar sind. Gemäß Fig. 3 ist ein inneres Ende 38 des positiven Anschlusses 36 elektrisch mit der Oberfläche der tassenförmigen Kathode der Zelle 29F über eine elektrisch leitfähige Kontaktlasche 33G in Verbindung, während ein inneres Ende 40 des negativen An­ schlusses 37 mit der Anodenkappe der Zelle 29A über eine leitfähige Kontaktlasche 33F in Verbindung ist, wobei in beiden Fällen geeignete Laschen-Schweißtechniken verwendet werden. Eine rechteckförmige Öffnung 42 ist in einem Mitten­ bereich des oberen Randes der Anschlußplatte 35 ausgebildet, wie in Fig. 3 sichtbar.

Im Zusammenbau wird die Einheit aus den Zellen 29 und der Anschlußplatte 35 so gehandhabt, daß die Anschlußplatte 35 in den Schlitz 30 eingeführt wird und die unteren Bereiche der äußeren Umfangsoberflächen der Zellen 29A bis 29F werden in den entsprechenden konkaven Vertiefungen 15 und 16 der inneren Bodenoberfläche des Gehäuses 11 aufgenommen, wie beispielsweise in Fig. 4 für die Zelle 29A bis 290 darge­ stellt ist, welche in den Vertiefungen 15 zu liegen kommen. Danach wird der Deckel 12 auf dem Gehäuse 11 ausgerichtet und mit geeigneten Mitteln befestigt, so daß der Zellensta­ pel und die Anschlußplatte innerhalb des Gehäuses 11 festge­ legt werden, wobei die einander gegenüberliegenden oberen und unteren Abschnitte der äußeren Umfangsflächen der zylin­ drischen Zellenoberflächen sicher formschlüssig in den ent­ sprechenden konkaven Vertiefungen 15 und 16 bzw. 18 und 19 in dem Gehäuse 11 bzw. dem Deckel 12 gehalten werden. Hier­ durch werden die Zellen und die Anschlußplatte der Batterie sicher in aufrechter Lage innerhalb des Behälters gehalten, der durch das Gehäuse 11 und den Deckel 12 gebildet wird.

Die rechteckförmigen Öffnungen 24 bzw. 42 in dem Gehäuse 11 bzw. der Anschlußplatte 35, die an den beiden schmalseitigen Enden des Gehäuses 11 ausgebildet sind, erlauben den Zutritt von Luft in das Innere des Behälters, so daß die Luft in Wechselwirkung mit dem Zink in den Zellen geraten kann, um zwischen der Anodenkappe und der tassenförmigen Kathoden­ struktur einer jeder Zelle ein elektrisches Potential zu er­ zeugen, wie dies allgemein bekannt ist. In der dargestellten konkreten Ausführungsform erzeugt jede der sechs Zink/Luft- Zellen ein effektives elektrisches Potential von 1,5 V, so daß die gesamte Batterie ein Potential von 9,0 V zwischen den Anschlüssen 36 und 37 und der Anschlußplatte 35, also zwischen der Anode und der Kathode bereitstellt.

Um den Zutritt von Fremdkörpern in das Innere des Gehäuses 11 über die Öffnungen 24 und 42 zu verhindern, sind Stege 39 und 39A an jedem Ende des Deckels 12 ausgebildet, wie in Fig. 2 dargestellt, wobei die Stege 39 und 39A die Öffnungen 24 und 42 wirksam abdecken, wenn die gesamte Batterie voll zusammengefügt ist, so daß die zum Betrieb nötige Luft durch einen vergleichsweise verschlungenen oder gewundenen Pfad in Richtung der Zellen eintreten kann, Fremdkörpern ist jedoch der Eintritt in das Gehäuse und ein Kontakt mit den darin sich befindlichen Zellen verwehrt.

Die gefaltete Zellenanordnung mit den Zellen 29A bis 29F und deren Zwischenverbindungen und den Verbindungen zu der An­ schlußplatte 35 kann vergleichsweise einfach hergestellt und zusammengefügt werden, wie nachfolgend anhand der einzelnen Herstellungsschritte unter Bezug auf die Fig. 5 bis 12 er­ läutert werden wird. Gemäß den Fig. 5 und 6 weist jede Zelle 29 ein elektrisch leitfähiges Streifenelement oder eine Kon­ taktlasche 33 auf, welche an der Anodenkappe der Zelle ange­ schweißt ist, wie in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht ist. Die Kontaktlasche einer jeden Zelle wird dann abgebogen oder abgewinkelt und mittels eines Schweißvorganges mit der Ober­ fläche der tassenförmigen Kathodenstruktur einer unmittelbar benachbarten Zelle verbunden, wie in Fig. 7 anhand der Zel­ len 29A und 29B veranschaulicht.

Alle sechs Zellen 29A bis 29F werden so auf gleiche Weise miteinander elektrisch verbunden und auch mechanisch zuein­ ander lagefixiert mit der Ausnahme, daß die Kontaktlasche 33F, welche an der Anodenkappe der Zelle 29A zu befestigen wäre, in diesem Fertigungszustand noch mit keiner Komponente der Batterie verschweißt ist und auch die tassenförmige Struktur der Zelle 29F zeigt noch keine angeschweißte Kon­ taktlasche, wie in Fig. 8 dargestellt ist.

Die Schweißverbindungen werden vorteilhafterweise gleichzei­ tig ausgebildet, sie können jedoch auch, falls dies ge­ wünscht ist, in einer geeignet ausgewählten Sequenz gebildet werden. Die Schweißnahtlängen an den Kathoden und Anoden ei­ ner jeden Zelle (in Fig. 3 mit den dicken Linien veranschau­ licht) sind so, daß die Zellen mit daran angeschweißten Kon­ taktlaschen während des Fertigungsprozesses auf geeignete Weise gehandhabt werden können, wie in den Fig. 5 bis 12 dargestellt, um die Bildung der gewünschten abschließenden Zellenkonfiguration und die Verbindung hiermit mit der An­ schlußplatte 35 zu erlauben.

Gemäß Fig. 9 wird das elektrisch isolierende Band 34 über die geschweißten Bereiche der Kathodenstrukturen der Zellen 29A bis 29D gelegt und dann dort befestigt, beispielsweise durch einen Selbstklebeeffekt. Das Band 34 ist auch in der vergrößerten Rückansicht gemäß Fig. 10 sichtbar. Nachfolgend wird eine Kontaktlasche 33G an die Kathodenstruktur der Zelle 29F angeschweißt, wie am besten aus Fig. 11 hervor­ geht.

Eine Kontaktlasche 33F wird dann an das innere Ende 40 des Kathodenanschlusses 37 der Anschlußplatte 35 angeschweißt, um diesen Anschluß mit der Anodenkappe der Zelle 29A zu ver­ binden, wie in Fig. 11 dargestellt. Die Zellen 29E und 29F werden dann aus der Reihenanordnung gemäß Fig. 8 herausbe­ wegt und umgefaltet, um die Lage gemäß Fig. 12 einzunehmen, wo die Zellen 29E und 29F im wesentlichen senkrecht zu den Zellen 29A bis 29D verlaufend angeordnet sind. In der Kon­ taktlasche 33D zwischen den Zellen 29D und 29E wird hierbei gemäß Fig. 12 ein um 180° zurückführender Knick ausgebildet. Die tassenförmige Kathodenstruktur der Zelle 29F wird dann mittels einer Schweißverbindung mit dem inneren Ende 38 des Anodenanschlusses 36 der Anschlußplatte 35 mittels der elek­ trisch leitfähigen Kontaktlasche 33G verbunden, wobei die Anschlußplatte 35 hierzu um 90° gedreht wird. Die gesamte Zellenstapel-Anordnung und die Anschlußplatte 35 ist dann gemäß Fig. 12 fertig für einen Einsetzvorgang in das Gehäuse 11, wonach der Deckel 12 auf dem Gehäuse 11 befestigt und mit geeigneten Mitteln versiegelt wird, um schließlich die gesamte Batterie zu bilden.

Die erfindungsgemäße Batterie, wie sie beispielhaft anhand der Ausgestaltungsmöglichkeit gemäß den Fig. 1 bis 12 be­ schrieben worden ist, erleichtert somit die Verwendung von verbesserten und relativ großen Zink/Luft-Zellen höherer Ka­ pazität. Die Verwendung eines Kunststoffgehäuses und eines hierzu passenden Deckels gemäß der dargestellten Ausfüh­ rungsform verringert die Gesamtanzahl von Bauteilen, die für den gesamten Aufbau nötig sind im Vergleich zu bisher be­ kannten Batterien, so daß der Zusammenbau vereinfacht wird. Dies ist insbesondere dann wesentlich, wenn im Vergleich ähnliche Quecksilberoxid-Batteriestrukturen verwendet wer­ den, die relativ teure Metallmäntel verwenden, die zusätzli­ che Isolierschritte und kompliziertere Zusammenbautechniken verlangen, aber auch im Vergleich mit den bekannten Zink/Luft-Batterien gemäß der eingangs erwähnten US-PS 45 47 438.

Weiterhin erlaubt die Verwendung der allgemein bekannten und auf übliche Weise hergestellten Kontaktlasche, die problem­ los als Massenartikel verfügbar ist, sowie der gesamte Auf­ bau und auch das Verfahren zum Zusammenbau die Verwendung allgemein bekannter und ausgereifter Kontaktlaschen-Schweiß­ techniken für die benötigten elektrischen Kontakte, so daß keine Preßkontakte oder Druckkontakte wie in bisherigen Bat­ terien nötig sind. Die Ausgestaltung der vorliegenden Erfin­ dung erlaubt die automatische Kontaktlaschen-Schweißung von allen Zellen in Reihe hintereinander und diese Reihenanord­ nung der Zellen (Fig. 8) kann dann problemlos und automa­ tisch weiter manipuliert werden, um die gewünschte gefaltete Zellenanordnung zu bilden.

Die Ausgestaltung des Gehäuses mit den kreissegmentartigen Vertiefungen und dem Schlitz darin, sowie die Ausgestaltung der Abdeckung oder des Deckels mit den entsprechenden kreis­ segmentartigen Vertiefungen darin, erlaubt das einfache und leichte Einsetzen der über die Kontaktlaschen miteinander verbundenen Zellen zusammen mit der daran angeschlossenen Anschlußplatte und stellt einen formschlüssigen und sicheren Sitz der Zellenanordnung zusammen mit der Anschlußplatte si­ cher, wobei gleichzeitig ausreichend guter Luftzutritt und auch ausreichende Isolation und Abstände sichergestellt sind, um Kurzschlüsse der Komponenten untereinander auszu­ schließen.

Die Verwendung der Öffnungen 24 und 42 und der Stege 39 und 39A in dem Deckel stellt ausreichend Luftzufuhr über die verschlungenen labyrinthartigen Pfade zu den Zellen sicher, verhindert jedoch den Zutritt oder direkten Kontakt von Fremdkörpern mit den einzelnen Zellen, so daß auf die po­ rösen Wandbauteile gemäß der eingangs erwähnten US-PS 45 47 438 verzichtet werden kann.

Die Verwendung der vorliegenden Erfindung hält die Herstel­ lungskosten auf einem Wert, der nicht größer ist als bei herkömmlichen Batterien, selbst dann, wenn die relativ großen Zellen höherer Kapazität verwendet werden, während zur gleichen Zeit eine erheblich verbesserte Batterie ge­ schaffen wird.

In der vorangegangenen Beschreibung steht der Begriff "Schweißen" als Sammelbegriff für entsprechende Verbindungs­ techniken zwischen den Zellen und den zugehörigen Kontaktla­ schen; falls gewünscht oder möglich, lassen sich diese Ver­ bindungen gegebenenfalls auch durch Löten oder Hartlöten, Reibungsschweißen oder dergleichen herstellen.

Claims (16)

1. Eine Batterie, mit:
einem Behälter, der ein Gehäuse (11) und einen Deckel (12) aufweist; und
einer Anordnung von Zellen (29), von denen jede ein An­ odenelement und ein Kathodenelement aufweist, wobei die Zellenanordnung weiterhin aufweist:
eine erste Mehrzahl von Zellen (29A bis 29D), von denen jede eine erste Ausrichtung hat, und die in einer er­ sten Konfiguration hintereinandergestapelt sind;
eine zweite Mehrzahl von Zellen (29E, 29F), von denen jede eine zweite Ausrichtung hat und die benachbart der ersten Mehrzahl von Zellen in einer zweiten Konfigura­ tion hintereinandergestapelt sind, wobei die erste und zweite Mehrzahl von Zellen elektrisch in Reihe geschal­ tet ist;
eine Anschlußplatte (35) mit einem positiven und einem negativen Anschluß (36, 37) zur Bereitstellung externer Verbindungen zu der Batterie, wobei der positive An­ schluß (36) mit einem Kathodenelement einer der Zellen in der Anordnung verbunden ist und der negative An­ schluß (37) mit einem Anodenelement einer anderen der Zellen in der Anordnung verbunden ist,
wobei das Gehäuse (11) und der Deckel (12) jeweils eine Mehrzahl von entsprechenden Aufnahmevertiefungen (15, 16, 18, 19) aufweist, die an einer inneren Oberfläche hiervon ausgebildet sind, wobei das Gehäuse (11) wei­ terhin einen Schlitz (30) an einem seiner Enden auf­ weist, wobei die Zellenanordnung innerhalb des Gehäuses (11) und des Deckels (12) so anordenbar ist, daß die erste und zweite Mehrzahl von Zellen sicher in den Auf­ nahmevertiefungen (15, 16, 18, 19) des Gehäuses (11) und des Deckels (12) gehalten sind und die Anschluß­ platte (35) sicher in dem Schlitz (30) gehalten ist;
wenigstens eine Öffnung (24), welche an einem Ende des Gehäuses (11) ausgebildet ist, um den Zutritt von Luft in den Behälter für einen Kontakt mit den Zellen darin zu ermöglichen; und
Einrichtungen zum Verhindern des Eintrittes von Fremd­ körpern in den Behälter durch die wenigstens eine Öff­ nung (24), um einen Kontakt mit den Zellen (29) darin zu verhindern.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Öffnung (24) eine erste Öffnung (42) in der Anschlußplatte (35) an einem Ende des Be­ hälters und eine zweite Öffnung (24) in dem Gehäuse (11) an der gegenüberliegenden Seite des Behälters um­ faßt.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (11) und der Deckel (12) jeweils rechteckförmig sind; und daß die erste Mehrzahl von Zellen jeweils zylindrisch ausgebildet ist, wobei die flachen Oberflächen hiervon einander benachbart in einer hintereinanderliegenden Reihenkonfiguration entlang der Längserstreckung der Rechteckform des Gehäuses ausgerichtet sind und die zweite Mehrzahl von Zellen zylindrisch ausgebildet ist, wobei die zylindrischen Oberflächen hiervon einander benachbart sind und wobei die zweite Ausrichtung im we­ sentlichen senkrecht zur ersten Ausrichtung ist.

4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zellen (29) in der Zellenanord­ nung (28) elektrisch untereinander mittels Kontaktla­ schen (33) verbunden sind, welche durch eine Schweiß­ verbindung befestigt sind, so daß die Anoden- und Ka­ thodenelemente der Zellen (29) in Serie geschaltet sind und die Zellenanordnung (28) mit dem negativen und po­ sitiven Anschluß (36, 37) der Anschlußplatte (35) ver­ bunden ist.

5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin gekennzeichnet durch Trennvorrichtungen in dem Gehäuse zum Trennen der Zellen (29) der Zellenanordnung (28) voneinander.

6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtungen aufweisen: eine Mehrzahl von er­ sten Trennstegen (20, 21), welche die erste Mehrzahl von Zellen (29A bis 29D) voneinander trennen; einen zweiten Trennsteg (22), der die zweite Mehrzahl von Zellen (29E, 29F) voneinander trennt; und einen dritten Trennsteg (23, 23A), der die erste Mehrzahl von Zellen von der zweiten Mehrzahl von Zellen trennt.

7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin gekennzeichnet durch eine elektrische Isoliereinrich­ tung (34) zwischen der ersten und zweiten Mehrzahl von Zellen in der Zellenanordnung (28).

8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede der Zellen (29) Zink und Luft verwendet, welche in Wechselwirkung treten, um ein elektrisches Potential zwischen der Anode und der Ka­ thode einer jeden Zelle zu entwickeln.

9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Mehrzahl von Zellen vier Zellen umfaßt, welche einander benachbart sind und daß die zweite Mehrzahl von Zellen zwei Zellen umfaßt, die einander benachbart sind.

10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufnahmevertiefungen (15, 16) im Gehäuse (11) und diejenigen (18, 19) in dem Deckel (12) kreissegmentartig geformt sind, so daß einander gegen­ überliegende Abschnitte der zylindrischen Außenoberflä­ chen der Zellen (29) sicher in den entsprechenden kreissegmentartigen Vertiefungen in dem Gehäuse (11) und dem Deckel (12) gehalten sind.

11. Verfahren zur Anordnung einer Mehrzahl von elektroche­ mischen Zellen zur Bildung einer Batterie, insbesondere einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jede der elektrochemischen Zellen ein Anodenelement und ein Kathodenelement aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Ausrichten aller Zellen (29) in einer gestapelten Reihe hintereinander;
Anschweißen einer Kontaktlasche (33) vom Kathodenele­ ment einer jeden Zelle zum Anodenelement einer unmit­ telbar benachbarten Zelle in den in Reihe hintereinan­ der gestapelten Zellen mit Ausnahme des Anodenelementes einer Zelle an einem Ende des Stapels und dem Kathoden­ element der Zelle an dem gegenüberliegenden Ende des Stapels;
Neuanordnen einer ausgewählten Anzahl von Zellen an ei­ nem Ende des Stapels ausgehend von deren Lage in dem Stapel in eine Lage benachbart dem Stapel, um eine ge­ faltete Zellenanordnung derart zu bilden, daß jede der ausgewählten Anzahl von neu angeordneten Zellen eine Ausrichtung hat, welche im wesentlichen senkrecht zur Ausrichtung der Zellen ist, die in dem hintereinander verlaufenden Stapel verbleiben;
Anschweißen einer Kontaktlasche zwischen dem Kontakt­ element der Zelle an einem Ende der gefalteten Zellen­ anordnung mit einem Anschluß einer Anschlußplatte (35); und
Anschweißen einer Kontaktlasche zwischen dem Anodenele­ ment der Zelle am gegenüberliegenden Ende der gefalte­ ten Zellenanordnung mit einem anderen Anschluß der An­ schlußplatte (35).

12. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin mit dem Schritt des Anordnens eines elektrisch isolierenden Materials (34) zwischen den neu angeordneten Zellen der Zellenan­ ordnung und den Zellen, die in dem Stapel verbleiben.

13. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin mit dem Schritt des Einsetzens der gefalteten Zellenanordnung in ein Gehäuse und dem Befestigen eines Deckels (12) an dem Gehäuse, um einen Batteriebehälter derart zu bilden, daß die Anschlüsse der Anschlußplatte (35) von der Außenseite des Behälters her zugänglich sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, worin das Gehäuse eine Mehrzahl von Aufnahmevertiefungen aufweist und wobei der Schritt des Einsetzens umfaßt:
Einsetzen der gefalteten Zellenanordnung in das Gehäuse (11) derart, daß Abschnitte der Oberflächen der Zellen sicher in den Aufnahmevertiefungen des Gehäuses zu sit­ zen kommen.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, worin der Deckel eine Mehrzahl von Aufnahmevertiefungen aufweist und der Schritt des Befestigens den Schritt des Festlegens des Deckels an dem Gehäuse umfaßt derart, daß gegenüberlie­ gende Abschnitte der Oberflächen der Zellen innerhalb der Aufnahmevertiefungen des Deckels gehalten werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin mit dem Schritt des Versiegelns des Deckels mit dem Gehäuse.