DE69108818T2 - Aufladbare batterie. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein aufladbare Batterien. Es wird eine verbesserte Lösung für den Aufbau von Batterien und insbesondere von gasdichten Blei-Säure- Batterien beschrieben.
• Mit der wachsenden Beliebtheit von tragbaren elektronischen Geräten wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Abmessungen und das Gewicht ihrer verschiedener Komponenten zu verringern. In vielen Fällen bildet die Energiespeichereinrichtung eine der Hauptbeschränkungen hinsichtlich einer solchen Verringerung der Abmessungen. Dementsprechend wurden ständig Versuche durchgeführt, um Energiespeichereinrichtungen mit kleinerem Gewicht und geringeren Abmessungen zu entwickeln, die in der Lage sind, eine maximale elektrische Energie pro Gewichtseinheit und/oder Größeneinheit zu speichern. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit bei längerer Anwendungsdauer ist es wichtig, daß die Batterien aufladbar sind.
• In den letzten Jahren entstanden wesentliche Verbesserungen in der Technologie aufladbarer Batterien; die vorhandenen Ausführungen der Batterien sind jedoch im Vergleich mit anderen elektrischen Komponenten immer noch ziemlich schwer. Auf dem Markt gibt es zahlreiche Batterien in verschiedenen Ausführungen und mit einer großen Vielfalt von chemischen Zusummensetzungen. Die beiden verbreitetsten Batterietypen zur Versorgung tragbarer elektronischer Geräte sind Nickel- Cadmium-Batterien (NICAD) und gasdichte Blei-Säure-Batterien.
• Die Blei-Säure-Batterie bildet die häufigste und wahrscheinlich am besten bekannte Batteriekonstruktion. Nahezu alle vorhandenen Ausführungen von Kraftfahrzeugbatterien sind Blei-Säure-Batterien. Ein Vorteil der Blei-Säure-Batterien besteht darin, daß sie gut reproduzierbare Kennlinien für die Leistungsabgabe besitzen und sich unter minimaler Zerstörung der Zellen wiederholt aufladen und überladen lassen. Außerdem ist die Entladekennlinie hinreichend stetig, so daß die zu einem gegebenen Zeitpunkt in einer Zelle verbleibende Energie lediglich durch Messung des Zellenpotentials relativ genau bestimmt werden kann. Folglich kann der Anwender auf einfache Weise im voraus vor einem Nachlassen der Leistung gewarnt werden. Der Hauptnachteil der Blei-Säure-Batterien besteht darin, daß sie gewöhnlich schwer sind; traditionell werden große Bleigitter zur Herstellung der Batterieplatten verwendet und die Zellen sind mit einem säurehaltigen Elektrolyten gefüllt. Gewöhnlich ist der Gitteraufbau selbstragend, was das Gewicht vergrößert. Um eine zuverlässige Elektrolytabdichtung zwischen benachbarten Zellen zu sichern, ist es weiterhin in der Praxis generell notwendig, jede Zelle mit einer gasdichten Abdichtung zu versehen.
• Eine bedeutende Verbesserung gegenüber der traditionellen Ausführung eines Blei-Säure-Batterie stellt die rekombinierende Batterie dar. Die sich rekombinierende Blei-Säure- Batterie unterscheidet sich von ihren Vorgängern dadurch, daß nahezu der gesamte Elektrolyt in dem Trennelement zwischen benachbarten Platten und/oder in einer aktiven Paste, die direkt auf die Platten aufgebracht ist, absorbiert wird. Die bei der Arbeit oder beim Aufladen entwickelten Gase werden normalerweise nicht in die Atmosphäre entlassen, sondern vielmehr eingeleitet, um innerhalb der Batterie zu rekombinieren. Bei einer derartigen Anordnung ist keine freie Säure vorhanden, was die Herstellung einer dichten und wartungsfreien Batterie ermöglicht. Durch den Wegfall der freien Säure ergibt sich außerdem eine sicherere Ausführung der Batterie.
• Rekombinierende Blei-Säure-Batterien wurden in verschiedener Hinsicht vervollkommnet. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent 3,862,861 eine erheblich verbesserte Ausführung einer Blei-Säure-Batterie, bei der innerhalb des Aufbaus einer rekombinierenden Blei-Säure-Batterie flexible, nicht selbsttragende Gitter verwendet werden. Insbesondere bestehen die flexiblen Gitter aus hochreinem Blei und sind nur durch mikroporöses Glasfasermaterial voneinander getrennt, das den Elektrolyten innerhalb des Trennelementes selbst zurückhält. Eine derartige Anordnung verbessert die Kennwerte der Blei-Säure-Batterien bezüglich der Energiespeicherung pro Gewichtseinheit, da die Struktur des Trennelementes bedeutend leichter ist.
• Die US-Patente 4,383,011, 4,525,438 und 4,659,636 beschreiben alternative Ausführungen von sich rekombinierenden Blei-Säure-Batterien. Bei der Ausführung gemäß 4,659,636 wird eine Vielzahl von flachen Zellen gestapelt, um eine etwas abgeflachte Batterieeinheit zu erzeugen. Leider erreichen auch diese relativ verbesserten Ausführungen von Blei-Säure-Batterien nur die Energiedichte (gespeicherte Energie in Wattstunden pro Gewichtseinheit der Batterie) und die Packungsdichte (gespeicherten Energie in Wattstunden pro Volumeneinheit der Batterie) von NICAD-Zellen.
• Ein wichtiges technisches Erfordernis bei Blei-Säure-Batterien besteht darin, daß der Zwischenraum zwischen den Platten auf einem konstanten Abstand gehalten werden muß. In der Technik ist allgemein bekannt, daß sich die Platten ausdehnen und sich die Batterie relativ schnell verschlechtert, wenn die Platten der Blei-Säure-Batterien nicht ausreichend eingespannt werden. Demzufolge muß das Gehäuse eine ausreichende Festigkeit besitzen, um eine Abtrennung der Platten unter dem Einfluß der erheblichen Kräfte, die während des Lade/Entladezyklus auf die Platten wirken können, zu verhindern.
• Bei rekombinierenden Batterien nach dem Stand der Technik sind zwei Bestandteile besonders massiv und/oder schwer. Der erste sind die Elektroden, welche gewöhnlich aus Bleigittern hergestellt werden, und der zweite ist ihr Gehäuse, welches gewöhnlich hochverstärkt ist. Bei derartigen Batterien nach dem Stand der Technik, wie sie oben beschrieben werden, wird lediglich die Gehäusedicke erhöht, um eine Deformation der Gehäuse und/oder der Elektroden zu vermeiden. Eine derartige externe Abstützung ist jedoch nachteilig, da sie ziemlich massiv ist. Deshalb besteht die Notwendigkeit für eine verbesserte Konstruktion der Plattenabstützung für leichtgewichtige Batterien.
• Obwohl Nickel-Cadmium-Batterien gegenüber herkömmlichen Blei-Säure-Batterien geringfügig bessere Eigenschaften hinsichtlich der Energie- und Packungsdichte aufweisen können, besitzen sie auch zahlreiche Nachteile bei der Versorgung tragbarer elektronischer Einheiten. Zu den auffälligsten gehört der, daß die Leistungsabgabekennlinien sehr stark von ihrer Lade- und Entladegeschichte abhängen. Folglich sind sie für die Verwendung in Geräten ungeeignet, die in unterschiedlichen Abständen aufgeladen werden müssen. Es besteht demzufolge das Bedürfnis nach einer verbesserten Batterieausführung, die verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Energie- und Packungsdichte aufweist.
• Es ist eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Konstruktion einer aufladbaren Batterie mit verhältnismäßig hoher Energie- und Packungsdichte zu schaffen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine innere Gehäuseverstärkungsstruktur zu schaffen, die sowohl Festigkeit als auch ein geringes Gewicht besitzt.
• Um die vorgenannten und weitere Aufgaben zu erfüllen und in Übereinstimmung mit dem Ziel dieser Erfindung wird eine aufladbare Batterie vorgestellt, die positive und negative Platten aus flexiblen, im wesentlichen festen Blechen aufweist. Die Platten sind mit einer Paste aus aktivem Material versehen und durch ein absorbierendes Trennelement mit geringem Gewicht voneinander getrennt. Ein leichtes Gehäuse liefert die strukturelle Abstützung für die Platten und dient dazu, die Platten, das aktive Material und das Trennelement zu umhüllen. Die Batterie ist vorzugsweise eine rekombinierende Blei-Säure-Batterie, deren Platten aus Bleifolienbahnen hergestellt sind.
• Um zwischen den Platten einen konstanten Abstand zu halten, ist das Gehäuse vorzugsweise durch eine Viel zahl von Haltestiften verstärkt, die sich zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil durch die Platten hindurch erstrecken. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Stifte aus komplementären Stiftteilen, die sich von den einander gegenüberliegenden oberen beziehungsweise unteren Gehäuseteilen nach innen erstrecken. Die Stiftteile können in einem Stück mit den oberen und unteren Gehäuseteilen hergestellt werden.
• Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Batterie wird eine Vielzahl von Stapelzellen gebildet, indem mit Paste versehene, ebene Platten mit Trennelementen zwischen den benachbarten Platten übereinander gestapelt werden.
• Gemäß einem alternativen Aspekt der Erfindung wird eine aufladbare gepolte Blei-Säure-Batterie hergestellt, bei der zwischen den positiven und negativen Platten eine Polplatte angeordnet ist. Die Polplatte besteht aus einer Bleifolienbahn und besitzt positive und negative Oberflächen. Die daraus hergestellte Batterie besitzt mehrere Zellen, die in Reihe geschaltetet sind und eine Batterie mit einer höheren Spannung bilden.
• Gemäß einem weiteren selbständigen Aspekt der Erfindung wird eine neuartige Anordnung der Anschlußklemmen vorgestellt, die sich von einem Ende des Batteriegehäuses nach außen erstreckt. Die Anordnung der Anschlußklemmen enthält ein Paar durch Federn vorgespannte, vertikal ausgerichtete Kontakte, die nach oben beziehungsweise unten gerichtet sind. Der aufwärts gerichtete Kontakt grenzt an die Außenfläche des oberen Gehäuses und der abwärts gerichtete Kontakt grenzt an die Außenfläche des unteren Gehäuses. Die vertikal ausgerichteten Kontakte sind mit den positiven beziehungsweise negativen Platten der Batterie verbunden. Weiterhin ist ein Paar horizontal ausgerichteter Kontakte vorgesehen, welche den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses so zugewendet sind, daß das horizontal ausgerichtete Kontaktpaar im wesentlichen senkrecht zum vertikal ausgerichteten Kontaktpaar liegt.
• Die neuartigen Merkmale dieser Erfindung sind im einzelnen in den anhängenden Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung läßt sich zusammen mit ihren weiteren Aufgaben und Vorteilen am besten an Hand der folgenden Beschreibung verstehen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erfolgt, von denen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Batterie darstellt, die dementsprechend hergestellt ist;
• Fig. 2 die Ansicht eines typischen Gehäuseoberteiles von unten darstellt;
• Fig. 3 eine schematische seitliche Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Anschlußendes der Batterie entlang der Linie 3-3 in Fig. 9 darstellt;
• Fig. 4 eine schematische seitliche Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Anschlußendes der Batterie entlang der Linie 4-4 in Fig. 9 darstellt, welche die Stiftkonstruktion hervorhebt;
• Fig. 5 eine schematische seitliche Schnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt, welches eine Dreiplattenanordnung aufweist;
• Fig. 6 eine schematische seitliche Schnittansicht einer Mehrzellenbatterie in Übereinstimmung hiermit darstellt;
• Fig. 7 eine schematische seitliche Schnittansicht des Ausführungsbeispiels einer gepolten Mehrzellenbatterie entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
• Fig. 8 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer geeigneten Anordnung der Anschlußklemmen darstellt; und
• Fig. 9 eine Schnittansicht der in Fig. 8 gezeigten Anordnung der Anschlußklemmen zeigt.
• Wie aus den Zeichnungen zu erkennen ist, stellt das zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung ausgewählte Ausführungsbeispiel eine flache rekombinierende Blei-Säure-Batterie 20 dar. Wie Fig. 1 erkennen läßt, besitzt die Batterie äußerlich zueinander passende obere und untere Gehäuseteile 22, 24 und eine Anordnung der Anschlußklemmen 30. Entsprechend den Fig. 3 und 4 gehören zum inneren Aufbau getrennt voneinander angeordnete positive und negative Platten 42, 44, welche mit Paste aus aktivem Material 45 beziehungsweise 47 versehen sind. Ein Trennelement 49 isoliert die Platten elektrisch voneinander. Eine Vielzahl von Stiften 50 erstrecken sich zur Abstützung des Gehäuses durch die Platten und das Trennelement hindurch, um während des Betriebes und des Wiederaufladens zwischen den Platten einen konstanten Abstand zu halten. Die Stifte 50 bestehen aus komplementären Stiftteilen 52 und 54, welche in einem Stück mit dem oberen beziehungsweise dem unteren Gehäuseteil 22, 24 hergestellt sind.
• Wie oben erläutert wurde, ist es wichtig, das Gehäuse zu verstärken, um einen konstanten Abstand zwischen den Platten zu halten. In Anbetracht dessen, daß das Gehäuse aus leichtem und verhältnismäßig billigem Plastmaterial hergestellt werden soll, wurden die Stifte 50 vorgesehen, um eine innere strukturelle Abstützung gegenüber dem Gehäuse zu schaffen. Es soll deutlich werden, daß die Innenstifte einen viel leichteren Mechanismus zum Abstützen der Gehäusewände darstellen, als die bei den Batterieausführungen nach dem Stand der Technik umfangreich praktizierte Verstärkung der Wände, um die gewünschte Steifigkeit zu erhalten. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, besitzt das obere Gehäuse 22 eine Matrix aus männlichen Stiftteilen oder Bolzen 52, die sich von seiner Innenfläche nach innen erstrecken. Das untere Gehäuse 24 ist ähnlich aufgebaut, außer daß es weibliche Stiftteile oder Bolzen 54 besitzt, die so gestaltet sind, daß sie die oberen Gehäusebolzen 52 aufnehmen können. Die Bolzen 52 und 54 sind so angeordnet, daß sie eingekuppelt sind, wenn die Batterie zusammengebaut ist. Sobald die Batterie wie weiter unten beschrieben vollständig zusammengebaut ist, sind die Bolzen miteinander verbunden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die Gehäuseteile 22 und 24 aus Plaste und die Bolzen sind ultraschallgeschweißt, so daß sie durchgehende Stifte bilden. Gleichzeitig werden die oberen und unteren Gehäuseteile mit Ultraschall zusammengeschweißt, um die Batterie abzudichten. Der tatsächliche Zwischenraum der Stifte 50 hängt in starkem Maße von den Erfordernissen der speziellen Batterie ab. Beispielsweise hat sich aus Tests ergeben, daß Halbzollmittenabstände einen wirksamen Zwischenraum für typische flache Batterieausführungen darstellen.
• Die positiven und negativen Platten 42 und 44 bestehen aus Bleifolienbahnen. Die Bleifolie stellt kein tragendes Bauteil dar und kann deshalb hochrein und extrem dünn sein. Da die Folie sehr dünn ist, läßt sie sich im Gegensatz zu der für Blei-Säure-Batterien nach dem Stand der Technik üblichen Gitterstruktur als endlose Folienbahn herstellen. Obwohl dünnere Bahnen im allgemeinen gegenüber dickeren vorzuziehen sind, (da sie leichter sind), können in der Praxis Bahnen mit beliebiger Stärke eingesetzt werden. Beispielsweise lassen sich geeignete Folienstärken von weniger als 0,01 Inch verwenden.
• Die Platten 42 und 44 sind jeweils mit Pasten aus geeigneten aktiven Materialien versehen, welche große Mengen bleihaltiger Verbindungen und/oder freies Blei enthalten. Es lassen sich die Pastenmischungen verwenden, die für herkömmliche rekombinierende Blei-Säure-Batterien typisch sind. Für das Trennelement 49 wird ein poröses Material verwendet, das in der Lage ist, große Mengen freien Elektrolyts zu absorbieren und zurückzuhalten. Ein geeignetes Material für Trennelemente ist herkömmliches mikroporöses Faserglas hoher Porösität. Kommerziell verfügbares Faserglas mit inneren Hohlräumen, die über 90 % des Materialvolumens einnehmen, eignet sich gut. Eine der wichtigsten Funktionen des Trennelements besteht darin, einen konstanten Abstand zwischen den Batterieplatten zu halten. Das Trennelement 49 ist geringfügig elastisch. Wenn die Batterie mit den pastierten Platten zusammengebaut ist, wird das Trennelement ein wenig zusammengedrückt. Es übt deshalb eine beständige Kraft gegen die Platten aus, um den gewünschten minimalen Plattenabstand aufrecht zu erhalten.
• Bei der Montage der beschriebenen Batterie wird in jede Platte 42, 44 eine geeignete Matrix von Löchern 55 gestanzt, passend zu den Bolzen 52 beziehungsweise 54. Im übrigen bildet die Folie im Gegensatz zur herkömmlichen Gitterstruktur eine im wesentlichen zusammenhängende Bahn. Es sei darauf hingewiesen, daß es durch die Foliennatur der Platten extrem einfach ist, die gewünschte Lochmatrix auszustanzen.
• Es ist meist erwünscht, die Batterie mit so viel Elektrolyt wie möglich zu versorgen, ohne die Batterie zu überfüllen. Das heißt, der gesamte einzufüllende Elektrolyt soll im Trennelement 49 und den aktiven Materialen 45, 47 zurückgehalten werden. Folglich muß man also Vorsicht walten lassen, wenn die Batterie mit dem Elektolyten gefüllt wird, um zu sichern, daß die korrekte Elektrolytmenge eingefüllt wird. Obwohl zur Herstellung der Batterie die Technologie der rekombinierenden Blei-Säure-Batterien verwendet wird, können durch Überladen oder Fehlfunktionen der Batterie gelegentlich bedeutende Menge freier Gase innerhalb der Hohlräume der Batterie entstehen. Es ist deshalb eine herkömmliche Druckentlastungsvorrichtung 57 vorgesehen, damit die Gase im Falle eines erheblichen Überdruckes entweichen können. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Druckentlastungsvorrichtung aus einem konventionellen Bunsenventil mit einer Gummikapsel 58, die über ein Ende der Plastikröhre 59 gestülpt ist. Das entgegengesetzte Ende der Plastikröhre 59 ist zum Inneren des Batteriegehäuses hin offen.
• Die Anordnung der Anschlußklemmen 30 ragt an der Vorderseite des Gehäuses hervor. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, besitzt die Anordnung der Anschlußklemmen ein Paar vertikal ausgerichteter Kontakte 64, 74 und ein Paar horizontal ausgerichteter Kontakte 65, 75, welche beide dazu dienen, die Batterie mit den elektronischen Geräten zu verbinden.
• Die beschriebene flache Batteriekonstruktion eignet sich sehr gut sowohl für inneres als auch für äußeres Stapeln, um eine Batterie oder einen Batteriepack mit jeder gewünschten Spannung und/oder Kapazität bereitzustellen. Als nächstes wird in Fig. 5 eine Dreiplattenkonfiguration mit zwei negativen Platten gezeigt, mit der sich die Kapazität der Batterie im Vergleich zur oben beschriebenen Zweiplattenkonfiguration annähernd verdoppeln läßt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an dem oberen und unteren Gehäuseteil 22 beziehungsweise 24 zwei mit Paste versehene negative Platten befestigt. Angrenzend an die Innenflächen der negativen Pastenmaterialien ist ein Paar poröser Trennelemente 49 angeordnet. Zwischen den Trennelementen 49 ist eine im wesentlichen zusammenhängende Bahn einer Bleifolie angeordnet, welche auf beiden Seiten mit einer Paste aus positivem aktivem Material 45 versehen ist, so daß er eine einzige positive Sammelplatte mit zwei aktiven Oberflächen bildet. Die entstehende Batterie stellt eine einzelne Blei-Säure- Batteriezelle mit einer Spannung von etwas über zwei Volt dar.
• Als nächstes soll an Hand von Fig. 6 eine Mehrzellenbatteriekonstruktion beschrieben werden. Eine Sechszellen-12- Volt-Batterie 120 ist mit einer positiven Platte 42, die durch das obere Gehäuseteil 122 getragen wird, und einer negativen Platte, die durch das untere Gehäuseteil 124 getragen wird, aufgebaut. Wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Platten mit einer Paste aus einem herkömmlichen aktiven Material versehen. Zusätzliche Zellen werden durch Einsetzen von Doppelplattenstrukturen 140 zwischen die voneinander getrennten positiven und negativen Platten 42 und 44 hergestellt, wobei sowohl zwischen benachbarten Doppelplattenstrukturen 140 als auch zwischen den äußeren Doppelplattenstrukturen und den Platten 42 beziehungsweise 44 Trennelemente 49 angeordnet werden.
• Die Doppelplattenstrukturen 140 werden von Bleifolienpaaren 142 und 144 gebildet, die Rücken-an-Rücken angeordnet sind. Eine der Bleifolien (Folie 144) wird mit einer Paste aus einem negativen aktiven Material 47 versehen, während die andere Folie (Folie 142) mit einer Paste aus einem positiven aktiven Material 45 versehen wird. Die Rücken-an-Rücken angeordneten Folien werden unter der positiven Platte 42 angebracht, wobei zwischen der positiven Platte 42 und der negativen Folie 144 ein Trennelement 49 eingefügt wird. Die positive Folie 142 ist also der negativen Patte 44 zugewendet. Damit sind zwei Zellen entstanden. Weitere Zellen werden hergestellt, indem lediglich zusätzliche Doppelplattenstrukturen 140 unter die erste gestapelt werden und zwischen die zusätzlichen Doppelplattenstrukturen Trennelemente 49 eingefügt werden, wie in Fig. 6 gezeigt wird. Gemäß dieser Figur wurden durch Anordnen von fünf Doppelplattenstrukturen 140 zwischen den auseinandergedrückten positiven und negativen Platten 42 und 44 sechs Zellen erzeugt. Selbstverständlich sind zwischen benachbarten Doppelplattenstrukturen Trennelemente 49 angeordnet, um den gewünschten Plattenabstand zu halten. In gleicher Weise sind sowohl zwischen der oberen Doppelplattenstruktur und der positiven Platte 42 als auch zwischen der unteren Doppelplattenstruktur und der negativen Platte 44 Trennelemente 49 angeordnet. Wie bei den früher beschriebenen Ausführungsbeispielen erstrecken sich zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuseteil innere Haltestifte 50, um den Gesamtabstand zwischen den Platten zu halten. Da die Trennelemente 49 als Abstandshalter wirken, bleibt der tatsächliche Abstand zwischen den gegenüberliegenden Folien ebenfalls konstant.
• Da die positiven und negativen Folien 142 und 144 innerhalb jeder Doppelplattenstruktur auf demselben Potential liegen, ist es nicht erforderlich, die Plattenfolien zu isolieren, solange der Elektrolyt in jeder Zelle nicht zwischen die gegenüberliegenden Folien kriecht. Es ist in der Tat sehr wichtig, daß die Rücken-an-Rücken liegenden Platten einen sehr guten Kontakt miteinander haben. Wie im Zusammenhang mit dem ersten dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, werden die Platten durch die gemeinsamen Federkräfte der Trennelemente und der Gehäusestifte unter Druck in ihrer Position gehalten.
• Um ein Eindringen des Elektrolyten zwischen benachbarten Zellen zu verhindern, sollten die Platten so zugeschnitten werden, daß sie etwas größere Abmessungen als das Trennelement 49 besitzen. Dann können Isolationsringe 157, die im wesentlichen dieselbe Stärke wie die Trennelemente 49 besitzen, so über die verschiedenen Trennelemente 49 gestülpt werden, daß sie sowohl zwischen benachbarte Doppelplattenstrukturen als auch zwischen die äußeren Doppelplattenstrukturen und die positiven und negativen Folien 142 und 144 zu liegen kommen. Die Isolationsringe 157 umgeben die Trennelemente und schaffen eine gute Abdichtung über den Plattenenden.
• Wenn anfänglich die richtige Menge an Elektrolyt eingesetzt wird, bleibt im Betrieb nahezu der gesamte Elektrolyt infolge der Oberflächenspannung entweder in den aktiven Pastenmaterialien 45, 47 oder dem mikroporösen Trennelement 49 absorbiert. Die Rücken-an-Rücken liegenden Folien 142 und 144 können also, wie in Fig. 6 gezeigt wird, zusammengedrückt werden. Da nahezu der gesamte Elektrolyt in dem aktiven Pastenmaterial und dem Trennelement zurückgehalten wird, findet eine sehr geringe Wanderung des Elektrolyten zwischen die Rücken-an-Rücken liegenden positiven und negativen Platten statt. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, die Löcher 155, durch welche die Haltestifte 50 verlaufen, straff abzudichten.
• An Hand der nächsten Fig. 7 wird eine gepolte Batterie beschrieben, die eine einzige zusammenhängende Folie aufweist, welche für die erste Zelle als positive Platte, und für die benachbarte Zelle als negative Platte dient. Die gepolte Batterie 220 ähnelt stark der oben an Hand von Fig. 6 beschriebenen Mehrzellenbatterie. Bei der gepolten Batterie 220 wird jedoch anstelle der zwei Bleifoliensbahnen, die bei der Doppelplattenstruktur 140 vorgesehen sind, eine gepolte Platte 240 benutzt, die aus einer einzigen Bleifolienbahn besteht. Eine Seite der gepolten Platte 240 ist mit einer Paste aus einem positiven aktiven Material 45 versehen, während die gegenüberliegende Seite mit einer Paste aus einem negativen aktiven Material 47 versehen ist. Durch die Verwendung einer gepolten Platte entfällt die Notwendigkeit zum elektrischen Verkoppeln seriell miteinander verbundener Zellen. In allen anderen Punkten kann die gepolte Batterie in genau derselben Weise wie die vorher beschriebene Mehrzellenbatterie hergestellt werden. Die in Fig. 7 gezeigte Sechs-Volt-Batterie weist also die mit positiver und negativer Paste versehenen Platten 42 und 44 auf, welche am oberen und unteren Gehäuseteil 222 beziehungsweise 224 anliegen. Zwei mit Paste versehene gepolte Platten 240 sind zwischen die positiven und negativen Platten gestapelt, wobei die negativen Seiten der gepolten Platten der positiven Platte 42 zugewandt und die positiven Seiten der gepolten Platten der negativen Platte 44 zugewandt sind. Die Anzahl der Zellen innerhalb der Batterie kann leicht verändert werden, so daß sich jede gewünschte Spannung bereitstellen läßt.
• Als nächstes soll unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 eine bevorzugte Anordnung der Batterieanschlußklemmen beschrieben werden. Die Anordnung der Anschlußklemmen 30 besitzt vier Kontaktpunkte. Zwei davon sind positive Kontaktpunkte und zwei sind negative Kontaktpunkte. Der positive Kontaktabschnitt 60 ist über die positive Zuleitung 62 mit der positiven Elektrode 42 verbunden. Der Kontaktabschnitt 60 besitzt zwei Kontaktpunkte 64 und 65 und ist so gestaltet, daß er bezüglich der beiden Kontaktpunkte als Feder wirkt. Der Kontaktabschnitt besitzt ein U-förmiges Teil 66, von dem der eine Schenkel mit der positiven Zuleitung 62 verbunden ist. Der andere Schenkel ist verlängert und bildet die Kontaktpunkte 64 und 65. Der Kontaktpunkt 64 ist ebenfalls U-förmig und liegt im wesentlichen senkrecht zum U-förmigen Teil 66. Das U-förmige Teil 65 wirkt also als Feder, die den Kontaktpunkt 64 nach außen drückt. Der Kontaktabschnitt erstreckt sich dann in einer Linie mit dem zweiten Schenkel des U-förmigen Teiles 66 über den U-förmigen Kontaktpunkt 64 hinaus. Der Kontaktpunkt 65 hängt mit dem Ende der Verlängerung in der Weise zusammen, daß er im wesentlichen senkrecht zur Verlängerung liegt, so daß sie eine Federvorspannung für den zweiten Kontaktpunkt 65 liefert.
• Der negative Kontaktabschnitt 70 ist genauso geformt wie der positive Kontaktabschnitt und bildet negative Kontaktpunkte 74 und 75, welche den positiven Kontaktpunkten gegenüber liegen. Die Kontaktpunkte 64 und 74 sind also vertikal ausgerichtet, während die Kontaktpunkte 65 und 75 horizontal ausgerichet sind, wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich ist. Der negative Kontaktabschnitt 70 ist über die negative Zuleitung 72 mit der negativen Elektrode 44 verbunden. Die positiven und negativen Zuleitungen 62 und 72 können in einem Stück mit den Platten 42 beziehungsweise 44 hergestellt werden, so daß sie nur eine Verlängerung der Folienplatten darstellen. Bei der Hertellung der Platten kann folglich die entsprechende Platten/Zuleitungsstruktur aus einer Bleifolienbahn gestanzt werden.
• Die beschriebene Kontaktanordnung eignet sich besonders gut zum Stapeln von Batterien, um Batteriepacks mit mehreren seriell miteinander verbundenen Batterien herzustellen. Speziell dafür ragen die vertikal ausgerichteten Kontaktpunkte 64 und 74 ein wenig über die ebenen oberen und unteren Oberflächen der Batterie hinaus. Da die Kontaktpunkte federnd sind, werden die Kontakte innerhalb des Packs, die mit dem benachbarten Batteriekontakt verbunden sind, leicht nach innen gedrückt, so daß sie im wesentlichen in gleicher Ebene mit der äußeren Oberfläche der Batterie liegen und eine zuverlässige federnde Verbindung zwischen den in Reihe gestapelten Batterien bilden. Über die horizontal ausgerichteten Kontakte ist es möglich, die gestapelten Batterien und/oder Batteriepacks an einem durchgehenden Strombus mit ausgedehnten parallelen Kontaktoberflächen aufzuladen. Wie die vertikal ausgerichteten Kontakten sind auch die horizontal ausgerichteten Kontakte federnd, so daß sich feste elektrische Verbindungen mit den Geräten ergeben, in die sie eingesteckt werden.
• Beidseitig der horizontal ausgerichteten Kontakte 65 und 75 sind ein Paar Schutzvorsprünge 81 und 82 angeordnet, um die Kontakte vor einer Beschädigung zu schützen. Der Schutzvorsprung 82 neben dem positiven Kontakt 65 ist etwas dicker als der Schutzvorsprung 81. Auf diese Weise lassen sich die elektrischen Steckverbinder so gestalten, daß sie mit den Schutzvorsprüngen 81 und 82 zusammenwirken, um zu vermeiden, daß die Polarität einer Batterie oder eines Batteriepacks beim Einstecken in das elektronische Gerät irrtümliches vertauscht oder die Batterie in der falschen Richtung aufgeladen wird.
• Obwohl hier nur wenige Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beschrieben wurden, sollte deutlich werden, daß sich die vorliegende Erfindung in vielen anderen speziellen Formen verkörpern läßt. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß die innere Abstützung des Batteriegehäuses unter Verwendung vieler anderer Ausführungen als der beschriebenen Stiftstruktur erreicht werden kann. Der beschriebene flache Batterieaufbau ist besonders gut zum Stapeln geeignet und besitzt eine hohe Packungsdichte. Es ist jedoch denkbar, daß die hier beschriebenen vorteilhaften Lösungen auch auf nichtflache Batterieausführungen angewendet werden können. Weiterhin sind viele vorteilhafte Lösungen der vorliegenden Erfindung auf Batterien anwendbar, bei denen andere chemische Zusammensetzungen als bei der Blei-Säure-Batterie verwendet werden. Deshalb sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen als Illustration und nicht als Einschränkung aufzufassen, und die Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche modifiziert werden.

Claims (18)

1. Aufladebare Batterie (20) mit einer ersten Platte (42) aus einem ersten Blatt Metallfolie, einer zweiten Platte (44) aus einem zweiten Blatt Metallfolie, einem ersten aktiven Pastenmaterial (45), das auf die erste Platte aufgebracht ist; einem zweiten aktiven Pastenmaterial (47), das auf die zweite Platte aufgebracht ist, wobei das zweite Pastenmaterial entgegengesetzt zum ersten Pastenmaterial geladen ist; einem Trennelement (49) zum Isolieren des ersten und zweiten Pastenmaterials voneinander; einem Gehäuse (22, 24) zum Umschließen der Platten, des Trennelements und der aktiven Materialien, wobei das Gehäuse eine Halterung für die Platten bildet, gekennzeichnet durch Verstärkungsmittel zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Abstandes zwischen den Platten während des Betriebs und des Aufladens der Batterie, wobei die Verstärkungsmittel eine Vielzahl von Stiften (50) umfassen, die sich zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses durch die Platten hindurch erstrecken.

2. Batterie (20) nach Anspruch 1, bei der die Platten (42, 44) Bleche aus Bleifolie sind und die Trenneinrichtung (49) einen Elektrolyten absorbiert und speichert.

3. Batterie (29) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Platte (42) eine positive Platte und die zweite Platte (44) eine negative Platte ist und das zweite Pastenmaterial (47) entgegengesetzt zum ersten aktiven Pastenmaterial (45) aufgeladen ist.

4. Batterie (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterie eine Viel zahl von gestapelten Zellen aufweist und sich die Stifte (50) durch die gestapelten Zellen erstrekken.

5. Batterie (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse (22, 24) zusammenwirkende obere (22) und untere (24) Gehäuseteile, die jeweils äußere und innere Oberflächen haben, aufweist.

6. Batterie (20) nach Anspruch 5, bei der jeder Abstützstift (50) einen ersten Stiftabschnitt (52), der sich von der innenfläche des oberen Gehäuseteils (22) nach innen erstreckt, und einen dazu komplementären zweiten Stiftabschnitt (54), der sich von in der innenfläche des unteren Gehäuseteils (24) bis zur Berührung mit dem ersten Stiftabschnitt erstreckt, aufweist.

7. Batterie (20) nach Anspruch 6, bei der die ersten Stiftabschnitte (52) einstückig mit dem oberen Gehäuseteil (22) und die zweiten Stiftabschnitte (54) einstückig mit dem unteren Gehäuseteil (24) ausgebildet sind.

8. Batterie (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, die ferner eine Anschlußklemmenanordnung (30) aufweist, die sich von einer ersten Endfläche des Gehäuses nach vorne erstreckt, wobei die Anschlußklemmenanordnung ein erstes Paar von vertikal ausgerichteten Kontakten (64, 74) aufweist, die nach oben bzw. unten gerichtet sind, wobei der nach oben gerichtete Kontakt (64) neben der Außenfläche des oberen Gehäuseteils (22) und der nach unten gerichtete Kontakt (74) neben der Außenfläche des unteren Gehäuseteils (24) liegt, wobei die miteinander fluchtenden Kontakte mit der positiven bzw. negativen Platte (42, 44) gekoppelt sind.

9. Batterie (20) nach Anspruch 8, bei der die Anschlußklemmenanordnung (30) ferner ein zweites Paar von horizontal ausgerichteten Kontakten (65, 75) aufweist, die zu gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses gerichtet sind derart, daß das zweite Kontaktpaar im wesentlichen rechtwinklig zu dem ersten Kontaktpaar (74, 76) und der ersten Gehäuseendfläche gerichtet ist, wobei das zweite Kontaktpaar an einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Kontaktpaares angeordnet ist.

10. Batterie (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Trenneinrichtung aus mikroporösem Fiberglas besteht.

11. Batterie (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterie eine rekombinierende Blei-Säure-Batterie ist und die Platten (42, 44) im wesentlichen massive Bleche sind.

12. Batterie (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei jeder der Kontakte (64, 65, 74, 75) federnd gelagert ist.

13. Batterie (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, die ferner ein positives Kontaktelement (60) aufweist, welches einstückig die beiden positiven Kontakte und die Federlagerung für die beiden positiven Kontakte bildet, und ein negatives Kontaktelement (70), welches einstückig die beiden negativen Kontakte sowie die Federlagerung für die beiden negativen Kontakte bildet.

14. Batterie (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei der der aufwärtsgerichtete Kontakt (64) im wesentlichen in der Ebene einer Oberfläche des oberen Gehäuseteils und der nach unten gerichtete Kontakt (74) im wesentlichen in der Ebene einer Oberfläche des unteren Gehäuseteils (24) liegt.

15. Batterie (20) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, die ferner ein Paar von Schutznasen (81, 82) aufweist, die sich von der ersten Seitenfläche des Gehäuses (22, 24) auf gegenüberliegenden Seiten des horizontal ausgerichteten zweiten Kontaktpaares (85, 75) erstreckt, um das zweite Kontaktpaar zu schützen, wobei die Schutznasen unterschiedliche Größen haben.

16. Batterie (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei das erste Kontaktpaar (64, 74) derart angeordnet ist, daß beim Stapeln mehrere solcher Batterien der positive Kontakt (64) des ersten Kontaktpaares einer ersten Batterie mit dem negativen Kontakt (64) des ersten Kontaktpaares einer zweiten Batterie gekoppelt wird.

17. Batterie (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eine wiederaufladbare polare Blei-Säure-Batterie ist mit einer Polplatte (240), die zwischen der ersten und zweiten Platte (42, 44) angeordnet ist, wobei die Polplatte aus einem Blech auf Bleibasis geformt ist und positive und negative Oberflächen hat, und einer Trenneinrichtung (49) zum Trennen der verschiedenen Platten, wobei die Platten und die Trenneinrichtung so angeordnet sind, daß sie eine Anzahl von Batteriezellen bilden.

18. Batterie (20) nach Anspruch 17, die weiter eine Anzahl von Polplatten (240) aufweist, wobei die Polplatten nebeneinander zwischen der ersten und zweiten Platte (42, 44) gestapelt sind, und wobei die Trenneinrichtung (42) auch die verschiedenen Polplatten voneinander trennt, um zusätzliche Zellen zu bilden.