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Dokumentenidentifikation DE60032434T2 03.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001091432
Titel Polenstruktur einer modularen Batterie
Anmelder Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota, Aichi, JP;
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder Ogata, Yoshiaki, Toyohashi-shi, Aichi 441-8054, JP;
Eto, Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyohiko, Toyota-shi, aichi 471-8571, JP;
Shukuya, Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Keiji, Toyota-shi, Aichi 471-8571, JP
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Aktenzeichen 60032434
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.10.2000
EP-Aktenzeichen 003088507
EP-Offenlegungsdatum 11.04.2001
EP date of grant 20.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse H01M 2/30(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01M 2/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01M 2/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01M 10/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein prismatisches, aufladbares Batteriemodul, bei dem Elektrodenplatten und Elektrolyt in einem prismatischen Batteriegehäuse enthalten und verschlossen sind, und Elektrodenanschlusspunkte vorgesehen sind, die von beiden Enden dieses prismatischen Batteriegehäuses in der Längsrichtung hervorstehen. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen verbesserten Aufbau für die Elektrodenanschlusspunkte von solchen aufladbaren Batteriemodulen.

Aufgrund ihrer exzellenten Energiedichte wurden Nickel-Metallhydrid-Batterien und andere solche alkalischen aufladbaren Batterien in den vergangenen Jahren als die Stromquelle für beispielsweise Elektroautos verwendet. In dem Bemühen, eine große Leistungsmenge zu erzielen während eine kompakte Größe bewahrt wird, wurde beispielsweise eine verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie in der japanischen offengelegten Patentanmeldung H 7-161377 vorgestellt, in welcher ein prismatisches Batteriegehäuse eine Elektrodenplattengruppe hält, bei der positive Elektrodenplatten und negative Elektrodenplatten parallel zu der Ebene der langen Seite des Gehäuses geschichtet sind, mit dazwischen angeordneten Separatoren, und das Gehäuse verschlossen ist.

Wie in 7 gezeigt, sind bei diesem Typ von verschlossener, prismatischer, aufladbarer Batterie positive und negative Elektrodenanschlusspunkte 44 und 45 vorgesehen, die über Leitungen an zahlreichen positiven Elektrodenplatten und negativen Elektrodenplatten einer Elektrodenplattengruppe verbunden sind und die von dem oberen Ende eines Deckels 43, der die obere Öffnung eines Batteriegehäuses 42 verschließt, hervorstehen. Das Bezugszeichen 46 kennzeichnet ein Sicherheitsventil, das inneres Gas freigibt, wenn der Druck in dem Batteriegehäuse 42 über einen bestimmten Punkt ansteigt.

Wenn sie als Batterie-Stromquellen verwendet werden, werden diese verschlossenen, prismatischen Batterien (Batteriemodule) 41 in einer oder in einer Mehrzahl von Reihen in einer Linie aufgereiht, wobei die Oberflächen ihrer langen Seiten einander gegenüber angeordnet sind, und werden elektrisch in Reihe geschaltet durch das nacheinander Verbinden der Anschlusspunkte 44 und 45 der positiven und negativen Elektroden von nebeneinander liegenden Batteriemodulen 41, wobei daraus resultiert, dass eine spezifische Ausgangsspannung erzielt wird. Ein Problem mit zahlreichen, auf diese Weise über ihren Deckeln 43 elektrisch verbundenen Batteriemodulen 41 ist jedoch, dass die komplizierten Verbindungsstrukturen die Kosten in die Höhe treiben.

In Anbetracht dieser Tatsache, wie in 8 gezeigt, wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der eine Mehrzahl von Zellen in einem flachen, prismatischen Batteriegehäuse 52 in der Längsrichtung von diesem untergebracht und in dem Batteriegehäuse 52 in Reihe geschaltet sind, um ein Batteriemodul 51 zu bilden, und Elektrodenanschlusspunkte 54 vorgesehen sind, die von den Endwänden 53 in der Längsrichtung von diesen hervorstehen.

Bei dem Batteriemodul 51, das in einer solchen Weise zusammengesetzt ist, sind weit weniger Verbindungen der Elektrodenanschlusspunkte 54 außerhalb des Batteriemoduls 51 notwendig, um eine gegebene Ausgangsspannung zu erzielen, die Kosten sind geringer und eine kompakte Batterie-Stromquelle kann erzielt werden.

Dennoch besteht bei der Zusammensetzung des Batteriemoduls 51, die in 8 gezeigt wird, in dem Falle eines Zusammenstoßes des Elektroautos, in dem beispielsweise dieses Batteriemodul eingebaut ist, die Gefahr, dass der von dem Stoß getroffene Gegenstand das Batteriemodul 51 von der Seite treffen wird und dass der Zusammenprall direkt durch die Elektrodenanschlusspunkten 54 getragen werden wird. Sollte dieses passieren, besteht das Problem darin, dass sich die Elektrodenanschlusspunkte 54 so weit bewegen könnten, dass sich ein Kurzschluss ereignet.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Batteriegehäuse 52 dieses Batteriemoduls 51 durch ein Spritzgussverfahren hergestellt ist, mit einem Einpunkt-Eingusskanal 55, der in der Mitte der Bodenoberfläche angeordnet ist, wie in 9A gezeigt, oder mit einem Zweipunkt-Eingusskanal 56, der symmetrisch auf jeder Seite der Mittelinie in der Längsrichtung vorgesehen ist, wie in 9Bgezeigt. In diesem Falle, wie in 10 gezeigt, spaltet sich das Harz auf und fließt zu den rechten und linken Seiten an jedem der Anschlusspunkt-Löcher 57, die für das Befestigen der Elektrodenanschlusspunkte 54 in den Endwänden des Batteriegehäuses 52 vorgesehen sind, wonach diese Ströme entlang der Mittellinie über jedem Anschlusspunkt-Loch 57 in Kontakt kommen, und es wird folglich eine Bindenaht 58 entlang der Mittellinie über den Anschlusspunkt-Löchern 57 erzeugt.

Zusätzlich zu der Tatsache, dass die Ströme des Harzes nicht vollständig an dieser Bindenaht 58 zusammenfließen, was zu einem Abschnitt mit geringerer Festigkeit führt, weisen die Abschnitte, die entlang der Mittellinien über den Anschlusspunkt-Löchern 57 angeordnet sind, den kleinsten Querschnittsbereich auf, und Druck bildet sich in diesen Abschnitten. Wenn folglich der innere Druck des Batteriegehäuses 52 ansteigen sollte, oder wenn die Elektroden-Abschlusspunkte 54 einer äußeren Kraft oder Erschütterung ausgesetzt sein sollten, wird sich die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung an den Bindenähten 58 erhöhen, was ein Problem darstellt, indem die adäquate Befestigungskraft für die Elektroden-Anschlusspunkte 54 nicht sichergestellt werden kann.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass diese Batteriemodule 51 in einer Reihe angeordnet sind, so dass ihre längsseitigen Oberflächen einander gegenüber angeordnet sind und mit Endplatten zusammengebunden sind, die an den zwei Enden von diesen eingerichtet sind, um eine Batteriegruppe zu bilden, und in einem solchen Zustand werden die längsseitigen Oberflächen der Batteriemodule 51 fest zusammengehalten, aber die Endwände sind das nicht, so dass wenn der innere Batteriedruck ansteigt, die Gefahr besteht, dass sich die Endwände ausdehnen und eine nachteilige Wirkung auf die Verbindungen der Elektroden-Anschlusspunkte 54 haben werden.

Wenn außerdem bei diesem Typ von Batteriemodul 51 eine äußere Verdrahtung oder eine Sammelschiene, welche die Batteriemodule 51 miteinander verbindet, mit den Elektrodenanschlusspunkten 54 verbunden ist, werden diese mit einer Schraubenmutter festgeklemmt, aber dieses führt zu einem hohen Drehmoment, das auf die Elektrodenanschlusspunkte 54 zu dem Zeitpunkt der Verbindung wirkt, und ein passendes Mittel zum Stoppen der Rotation der Elektrodenanschlusspunkte 54 ist erforderlich. Ein herkömmliches Anti-Rotationsmittel schließt in Allgemeinen ein, dass sich die Anti-Rotationskomponente so weit wie möglich an den Elektrodenanschlusspunkten 54 vorbei ausdehnt und das distale Ende von diesem mit einem Teil des Batteriegehäuses 52 ineinander greift, aber es besteht ein Problem, weil das Drehmoment durch einen Punkteingriff zwischen dem Batteriegehäuse und dem distalen Ende der Anti-Rotationskomponente erfahren wird, wobei ein übermäßiger Druck auf die Eingriffkomponente wirkt und dazu neigt, das distale Ende der Anti-Rotationskomponente zu zerbrechen, aber wenn ein Versuch unternommen wird, die Wirkungslast zu reduzieren, endet es darin, dass die Anti-Rotationskomponente größer wird. Andere Beispiele einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik können gefunden werden, offenbart in der US-A-3844841, GB-A-2162363, GB-A-1218329, EP-A-0050489 und EP-A-0817287.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehenden Probleme entwickelt, die in der Vergangenheit aufgetreten sind, und es ist eine Aufgabe von dieser, eine verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie vorzustellen, die Folgendes umfasst:

ein prismatisches Batteriegehäuse;

Anschlusslöcher, die jeweils in jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände des prismatischen Batteriegehäuses gebildet sind;

Elektrodenanschlusspunkte, die jeweils in jedem der Anschlusslöcher eingerichtet sind; und

hervorstehende Komponenten, die von jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände des prismatischen Batteriegehäuses hervorstehen,

dadurch gekennzeichnet, dass die hervorstehenden Komponenten weiter hervorstehen als die Elektrodenanschlusspunkte.

Vorzugsweise weist jede der hervorstehenden Komponenten eine geneigte oberste Oberfläche auf, die sich diagonal in Richtung auf das äußere Ende abwärts neigt.

Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen in Bezug zu einer horizontalen Ebene 5° bis 60°.

Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen in Bezug zu einer horizontalen Ebene 45 ± 100.

Vorzugsweise umfasst die verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie ferner eine oder mehrere Rippen, die hervorstehend von jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände des prismatischen Batteriegehäuses gebildet sind, parallel zu der Richtung der kurzen Seite der Endwände.

Vorzugsweise umfasst die verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie ferner eine oder mehrere Rippen, die hervorstehend von jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände des prismatischen Batteriegehäuses gebildet sind, parallel zu der Richtung der langen Seite der Endwände.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 eine Ausführungsform der verschlossenen, prismatischen Batterie der vorliegenden Erfindung, wobei 1A eine Aufsicht ist und 1B eine Vorderansicht ist;

2 eine detaillierte schräge Ansicht der Hauptkomponenten des Batteriegehäuses in derselben Ausführungsform;

3 eine schräge Ansicht des Endes der verschlossenen, prismatischen Batterie in derselben Ausführungsform;

4 den Elektrodenanschluss-Einbauabschnitt des Batteriegehäuses in derselben Ausführungsform, wobei 4A eine Seitenansicht ist, 4B ein vertikaler Querschnitt und 4C ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie IVC-IVC in 4A;

5 die Elektrodenanschlusspunkte in dieser Ausführungsform, wobei 5A eine teilweise Vorder-Schnittansicht ist, 5B eine Ansicht der 5A von der rechten Seite, 5C ein vergrößerter Querschnitt entlang der VC-VC-Linie in 5B und 5D eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der VD-VD-Linie in 5B;

6 eine andere Ausführungsform der verschlossenen, prismatischen Batterie der vorliegenden Erfindung, wobei 6A eine Aufsicht auf die Hauptkomponenten und 6B eine vertikale Vorder-Schnittansicht derselben ist;

7 eine schräge Ansicht einer herkömmlichen verschlossenen, prismatischen Batterie;

8 eine teilweise schräge Ansicht einer modifizierten Version einer herkömmlichen verschlossenen, prismatischen Batterie;

9 ein Diagramm, das die Anordnungspositionen der Eingusskanäle während des Spritzgussverfahren des Gehäuses einer verschlossenen, prismatischen Batterie zeigt; und

10 eine detaillierte schräge Ansicht der Hauptkomponenten eines Batteriegehäuses in einer modifizierten Version einer herkömmlichen verschlossenen, prismatischen Batterie.

Eine Ausführungsform des prismatischen Batteriemoduls der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.

Das verschlossene prismatische Batteriemodul 1 besteht in dieser Ausführungsform aus einer Nickel-Metallhydrid-Batterie, die vorteilhaft als eine Antriebs-Stromquelle für ein Elektrofahrzeug verwendet werden kann. Wie in 1 gezeigt, sind eine Mehrzahl von (sechs in dem dargestellten Beispiel) prismatischen Zellengehäusen 3 – die an dem oberen Ende offen sind und schmale Oberflächen der kurzen Seiten und breite Oberflächen der langen Seiten aufweisen – integral miteinander verbunden, wobei sie die Oberflächen ihrer kurzen Seiten teilen, um ein flaches, prismatisches, integrales Batteriegehäuse 2 zu bilden. Die Öffnungen an den oberen Seiten der Zellengehäuse 3 sind durch einen integral gebildeten Deckel 4 integral geschlossen.

Jedes Zellengehäuse 3 enthält eine Elektrodenplattengruppe 5, die zahlreiche positive und negative Elektrodenplatten umfasst, welche parallel zu den Oberflächen der langen Seiten der Zellengehäuse 3 eingerichtet sind und in der Richtung der kurzen Seiten mit dazwischen angeordneten Separatoren geschichtet sind, und Kollektorplatten 6, die mit beiden Enden dieser Elektrodenplattengruppe 5 verbunden sind. Das Ergebnis ist eine Zelle 7.

Jede Elektrodenplattengruppe 5 umfasst zahlreiche positive Elektrodenplatten und zahlreiche negative Elektrodenplatten, die in abwechselnder Art und Weise angeordnet sind, und jede positive Elektrodenplatte ist mit einem mantelähnlichen Separator bedeckt, der Öffnungen in der lateralen Richtung aufweist. Die lateralen Kanten der Gruppe von positiven Elektrodenplatten stehen hinter der Gruppe von negativen Elektrodenplatten auf einer Seite hervor, und die lateralen Kanten der Gruppe von negativen Elektrodenplatten stehen hinter der Gruppe von positiven Elektrodenplatten auf der gegenüberliegenden Seite hervor, und diese hervorstehenden lateralen Abschnitte bilden die Anschlussabschnitte zu den lateralen Enden, an welche jeweils die Kollektorplatten 6 geschweißt sind.

Es sind Anschlusslöcher 10 an den oberen Enden der Endwände an beiden Enden des integralen Batteriegehäuses 2 gebildet, und es sind Verbindungslöcher 11 in den oberen Enden der Abteilungen 9 zwischen den Zellengehäusen 3 gebildet. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben werden wird, sind Elektroden-Anschlusspunkte 12 (einer für die positive Elektrode und einer für die negative Elektrode) in den Anschlusslöchern 10 der Endwände 8 an beiden Enden befestigt, und die Zellen 7 auf beiden Seiten von jeder Abteilung 9 sind durch die Verbindungslöcher 11 in Reihe geschaltet.

Wie in 2 gezeigt, ist an dem oberen Ende von jeder der Endwände 8 an beiden Enden des integralen Batteriegehäuses 2 über einem angemessenen Bereich in der vertikalen Richtung zu einer Seite des Abschnitts – nahe des Anschlusslochs 10 – ein dickwandiger Abschnitt 28 gebildet, so dass die Wanddicke auf beiden Seiten des Anschlussloches nicht dieselbe ist.

Wie in 3 gezeigt, sind auch ein Vielzahl von horizontalen Rippen 8a und eine oder mehrere vertikale Rippen 8b vorgesehen, die in einem Gittermuster von der äußeren Oberfläche des mittleren Abschnitts der Endwand 8 hervorstehen, wobei sie den oberen Endabschnitt und die hervorstehende Komponente 26, die an dem unteren Ende vorgesehen ist (im Folgenden beschrieben) ausschließen, um die Gesamtfestigkeit dieser Oberfläche zu erhöhen.

Wie in den 1B und 3 gezeigt, sind die hervorstehenden Komponenten 26, die nach außen hervorstehen, an den unteren Endabschnitten der Endwand 8 vorgesehen. Die hervorstehende Länge 12 dieser hervorstehenden Komponenten 26 von den Endwänden 8 ist vorzugsweise um 1 bis 10 mm größer festgelegt als die hervorstehende Länge 11 der Elektrodenanschlusspunkte 12 von den Endwänden 8. Die obere Oberfläche von jedem dieser hervorstehenden Komponenten 26 umfasst eine geneigte Oberfläche 27, die sich in Richtung auf das äußere Ende diagonal abwärts neigt, und der Neigungswinkel &thgr; der geneigten Oberflächen in Bezug zu der horizontalen Ebene ist auf zwischen 5° und 60° festgelegt, und beträgt vorzugsweise um 45 ± 10°.

Es sind Durchgangslöcher 13 in der oberen Oberfläche des Deckels 4 an Stellen entsprechend angrenzender Enden der benachbarten Zellengehäuse 3 gebildet, und ein Verbindungsdeckel 14, in dem ein Verbindungsdurchgang 14a geformt ist, der zwischen diesen Durchgangslöchern 13 eine Verbindung herstellt, ist über den Deckel 4 geschweißt. Das Bezugszeichen 14b kennzeichnet eine Verstärkungsrippe, die in der Mitte der inneren Oberfläche des Verbindungsdeckels 14 vorgesehen ist. Diese Rippe weist eine solche Größe auf, um ein Schließen des Verbindungsdurchgangs 14a zu verhindern, und sein distales Ende ist gegen die obere Oberfläche des Deckels 4 gepresst und an diese geschweißt, was die Stärke der Druckbeständigkeit des Verbindungsdeckels 14 sicherstellt.

Das integrale Batteriegehäuse 2, der Deckel 4 und der Verbindungsdeckel 14 ist aus einem Kunstharz-Material gefertigt, so wie eine PP/PPE-Legierung, und abweisendes Elektrolyt.

Ein einzelnes Sicherheitsventil 15 ist an dem Deckel 4 vorgesehen, um den Druck freizugeben, wenn der innere Druck der Zellengehäuse 3 über einen bestimmten Wert ansteigen sollte. Auch ist ein Sensor-Befestigungsloch 16 vorgesehen, zum Befestigen eines Temperatursensors, der die Temperatur einer entsprechenden Zelle 7 fühlt, als eine Aussparung in dem Deckel 4, um in Kontakt mit dem oberen Ende der Elektrodenplattengruppe von der Zelle 7 zu stehen.

Es sind sich vertikal erstreckende Rippen 18 vorgesehen, die von den Oberflächen der langen Seiten des integralen Batteriegehäuses 2 hervorstehen, wobei jede von ihnen auf derselben Ebene liegt wie die Oberflächen der langen Seiten der Zellengehäuse 3, an Stellen, entsprechend der Endwände der Zellengehäuse 3, und zahlreiche relativ kleine kreisförmige Vorsprünge 19 sind zwischen den Rippen 18 in gleichmäßigen Abständen in einer Matrixform vorgesehen. Diese Rippen 18 und Vorsprünge 19 weisen dieselbe Höhe auf. Zusätzlich sind Verbindungsrippen 20a und 20b in derselben Höhe wie die Rippen 18 und die Vorsprünge 19 auf den Seitenoberflächen des Deckels 4 und dem oberen Abschnitt der Zellengehäuse 3 gebildet, an Stellen entsprechend der Rippen 18 und der Vorsprünge 19, um eine Brücke über die Zellengehäuse 3 und den Deckel 4 zu bilden. Diese Rippen 18, Vorsprünge 19 und Verbindungsrippen 20a und 20b bilden Kühlmittel-Durchgänge zwischen den integralen Batteriegehäusen 2, um die Zellengehäuse 3 einheitlich und wirkungsvoll zu kühlen, wenn diese integralen Batteriegehäuse 2 in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind.

Auch sind Positionierungsvorsprünge 21 und Aussparungen 22 – die zusammenpassen, wenn die integralen Batteriegehäuse 2 so eingerichtet sind, dass sich die Oberflächen ihrer langen Seiten gegenüberliegen – in den ungefähren Mitten der verschiedenen Zellengehäuse 3 vorgesehen, symmetrisch zu der Mittellinie in der Längsrichtung der Oberflächen der langen Seiten des integralen Batteriegehäuses 2.

Wie in der 4B gezeigt, sind Verbindungsvorsprünge 23 gebildet, die von den oberen Enden der Kollektorplatten 6 nach außen hervorstehen, und die Elektrodenplattengruppen sind in Bezug zu den Zellengehäusen 3 positioniert durch das Einpassen dieser Verbindungsvorsprünge 23 in die Anschlusslöcher 10 oder Verbindungslöcher 11, die in den oberen Enden der Endwände 8 und der Abteilungen 9 gebildet sind. Die elektrische Verbindung der angrenzenden Zellen 7 wird auf der Innenseite der Batterie ausgeführt, durch das Zusammenschweißen der distalen Enden der Verbindungsvorsprünge 23, die in die Verbindungslöcher 11 in den Abteilungen 9 zwischen angrenzenden Batteriegehäusen 3 eingepasst sind. An den Endwänden 8 sind Verbindungsvorsprünge 24, die in die Anschlusslöcher 10 passen, zu den Elektrodenanschlusspunkten 12 vorgesehen, und die distalen Enden der Verbindungsvorsprünge 23 und 24 der Kollektorplatten 6 und der Elektrodenanschlusspunkte 12 sind jeweils zusammengeschweißt. Es sind ringförmige Rillen um die Verbindungsvorsprünge 23 der Kollektorplatten 6 oder der Verbindungsvorsprünge 24 der Elektroden-Anschlusspunkte 12 gebildet, und es sind O-Ringe zum Abdichten zwischen diesen Komponenten und den Endwänden 8 oder den Abteilungen 9 eingebaut.

Der Befestigungsabschnitt der vorstehend genannten Elektroden-Abschlusspunkte 12 wird ausführlich unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C und den 5A bis 5D beschrieben. Wie in den 4A bis 4C gezeigt, ist der Bereich innerhalb eines speziellen Radius um das Anschlussloch 10 in der Endwand 8 dicker geformt, eine kreisförmige Aussparung 39, die koaxial mit dem Anschlussloch 10 gebildet ist, ist in der Mitte dieses dickeren Abschnitts gebildet, und eine oder mehr Eingriffrillen 37 sind radial um diese Achse gebildet. Wie in den 5A und 5B gezeigt, ist der Elektroden-Anschlusspunkt 12 so konfiguriert, dass der Verbindungsvorsprung 24, der in das Anschlussloch 10 passt, in der Mitte eines scheibenförmigen Sitzes 12a auf der Seite von diesem vorgesehen ist, welche mit der Endwand 8 verbunden ist, wobei um diese ein ringförmiger Vorsprung 40 vorgesehen ist, der in die kreisförmige Aussparung 39 passt, und um diese sind radial angeordnete Eingriff-Zungen 38 vorgesehen, die in die Eingriffrillen 37 eingreifen. Es ist ein abdichtender O-Ring in der ringförmigen Rille 40a zwischen dem ringförmigen Vorsprung 40 und dem Verbindungsvorsprung 24 eingebaut. Wenn eine Verjüngung für das Ineinandergreifen &agr;, wie in den 4C und 5C gezeigt, an den Eingriffrillen 37 auf der Endwand 8 und an den Eingriff-Zungen 38 vorgesehen ist, in welche diese Eingriffrillen 37 eingepasst sind und in welche diese eingreifen, wird das Einführen bezüglich des Einpassens und des Eingriffs reibungslos sein, wobei dadurch verhindert wird, dass die Elektrodenanschlusspunkte unkorrekt befestigt werden. Der Winkel dieser Verjüngung für das Ineinandergreifen &agr; ist vorzugsweise 5 bis 20°.

Auch wenn eine umgekehrte Verjüngung &bgr; an den inneren Umfangswänden der ringförmigen Rille 40a des Elektrodenanschlusspunktes 12 vorgesehen ist, wie in 5D gezeigt, wird dieses verhindern, dass die O-Ringe herausfallen oder sich anheben, nachdem diese um die Außenseite der Verbindungsvorsprünge 24 der Elektrodenanschlusspunkte 12 eingebaut wurden und bevor sie an den Endwänden 8 befestigt werden. Der Winkel dieser umgekehrten Verjüngung &bgr; ist vorzugsweise 0 bis 10°.

Eine Vielzahl der vorstehend beschriebenen prismatischen Batteriemodule 1 ist in einer Reihe eingerichtet, wobei die Oberflächen ihrer langen Seiten 17 einander gegenüberliegen, Endplatten sind an beiden Enden in dieser Anordnungsrichtung angeordnet, und diese Endplatten sind durch Verbindungsbänder miteinander verbunden, um eine Batteriegruppe zu erzeugen. Diese Batteriegruppe ist auf einer Trägerhalterung 31 eingebaut, wie in 1B gezeigt. Wenn sie auf ihrer Trägerhalterung 31 eingebaut ist, ist die Batteriegruppe durch das Hinunterdrücken mit Klemmen auf den geneigten Oberflächen 27 feststehend am Platz an der Oberseite der hervorstehenden Komponenten 26 befestigt, die an den unteren Enden der Batteriemodule 1 vorgesehen sind, und der obere Abschnitt ist mit einer Abdeckung 33 bedeckt. Diese Klemmen 32 und die Abdeckung 33 sind durch Bolzen 34 an der Trägerhalterung 31 befestigt. Eine Kühlungsluft-Eintrittsaussparung 35 zur Verteilung von Kühlungsluft über der ganzen unteren Oberfläche der Batteriegruppe ist in der Trägerhalterung 31 gebildet, ein Kühlungsluft-Ausströmungsaussparung 36 ist zwischen der Abdeckung 33 und der oberen äußeren Oberfläche der Batteriegruppe gebildet, und Kühlungsluft wird zwischen den in der Reihe angeordneten Batteriemodulen 1 hindurchgeführt, um die Zellen 7 wirksam zu kühlen.

Weil die hervorstehenden Komponenten 26 von den Endwänden 8 des integralen Batteriegehäuses 2 hervorstehend vorgesehen sind, wird bei dem Batteriemodul 1, das wie vorstehend beschrieben zusammengesetzt ist – selbst wenn dieses Batteriemodul 1 von der Seite durch einen Gegenstand angestoßen wurde – dieser Gegenstand die hervorstehenden Komponenten 26 treffen, bevor er die Elektrodenanschlusspunkte 12 trifft, und die Aufprallenergie wird durch die hervorstehenden Komponenten 26 absorbiert. Folglich werden die Elektrodenanschlusspunkte 12 nicht direkt den Hauptstoß des Aufpralls tragen, wobei auf diese Weise einen Kurzschluss verhindert, der andernfalls durch eine Bewegung der Elektrodenanschlusspunkte verursacht werden würde.

Weil die hervorstehenden Komponenten 26 bereitgestellt sind, indem sie von den Endwänden 8 des integralen Batteriegehäuses 2 hervorstehen, wenn die Batterie auf der Trägerhalterung 31 befestigt ist, wie in 1 gezeigt, ist außerdem eine Kühlungsluft-Eintrittsaussparung 35 unter der Batterie gebildet, die durch die hervorstehenden Komponenten 26 verschlossen ist. Die Kühlungsluft-Eintrittsaussparung 35 erstreckt sich von einem Ende zu dem anderen Ende des integralen Batteriegehäuses 2, womit ermöglicht wird, dass jede Zelle 7 wirksam gekühlt wird.

Auch stehen die hervorstehenden Komponenten 26 von den unteren Enden der Endwände 8 hervor, und ihre obere Oberflächen umfassen geneigte Oberflächen 27, die sich in einem Winkel von 5° bis 60° diagonal in Richtung auf die äußeren Enden neigen, und vorzugsweise um 45 ± 10°, in Bezug zu der horizontalen Ebene, und wenn die Batteriegruppe auf der Trägerhalterung 31 befestigt ist, werden diese geneigten Oberflächen 27 hinabgedrückt und durch die Klemmen 32 befestigt, so dass die Batteriegruppe feststehend befestigt werden kann, ohne irgendeine Last auf die Elektrodenanschlusspunkte 12 auszuüben, und das Batteriemodul 1 wird so beschränkt, dass es sich in der vertikalen Richtung und auch in der Längsrichtung des integralen Batteriegehäuses 2 nicht bewegen kann.

Wie vorstehend beschrieben, sind die Endwände 8 des integralen Batteriegehäuses 2 so konfiguriert, dass ein dickwandiger Abschnitt 28 auf einer Seite des Abschnitts gebildet ist, der dicht an den Anschlusslöchern 10 eingerichtet ist, so dass die Dicke auf beiden Seiten von jedem der Anschlusslöcher 10 nicht dieselbe ist. Folglich, wenn sich das Harz während des Spritzgussverfahrens des integralen Batteriegehäuses 2 aufspaltet und zu den linken und den rechten Seiten der Anschlusslöcher 10 strömt, werden sich die Harzströme auf den zwei Seiten unterscheiden, und infolgedessen – wie in 2 gezeigt – ist die Bindenaht 29, die gebildet wird, wenn das Harz auf die zwei Seiten strömt und über den Anschlusslöchern 10 in Kontakt kommt, diagonal darüber, in einer Position entfernt von der Mittellinie der Anschlusslöcher gebildet. Genauer gesagt, ist die Bindenaht 29 von der Position der Mittellinie der Anschlusslöcher 10 entfernt angeordnet, wo der Querschnittsbereich am kleinsten ist und ein Druck zunimmt. Folglich, da die Bindenaht 29 nicht in dem Bereich des hohen Drucks eingerichtet ist, werden sich nicht ohne weiteres Risse bilden, sollte der innere Druck in den Zellengehäusen 3 in dem integralen Batteriegehäuse 2 ansteigen oder sollten die Elektrodenanschlusspunkte 12 einer äußeren Kraft oder Erschütterung ausgesetzt sein, und es kann eine adäquate Befestigungsstärke für die Elektrodenanschlusspunkte 12 sichergestellt werden.

Da durch das Bereitstellen von horizontalen Rippen 8a und vertikalen Rippen 8b an den Endwänden 8 die Gesamtsteifigkeit erhöht wird, kann auch – selbst wenn der innere Zellendruck ansteigt und eine hohe Belastung auf die Endwände 8 ausgeübt wird – durch diese Rippen die Ausdehnung der Endwände 8 wirksam unterdrückt werden, so dass es keine nachteilige Wirkung auf die Verbindungen der Elektrodenanschlusspunkte 12 haben wird, und der korrekt verbundene Zustand kann beibehalten werden.

Weil die Eingriff-Zungen 38 mit den radialen Eingriffrillen 37 in dem Befestigungsabschnitt der Elektrodenanschlusspunkte 12 in Eingriff stehen, wird auch das Drehmoment, das daraus resultiert, dass eine Sammelschiene oder ein äußeres Verbindungskabel mit den Elektrodenanschlusspunkten 12 verbunden wird, auf einem größeren Oberflächenbereich erfahren, wobei dieser Oberflächenbereich einfach vergrößert werden kann durch das Vergrößern der Anzahl von Eingriffrillen 37 und Eingriff-Zungen 38, und ein Druck auf die Ebene des Eingriffs, auf die eine Belastung ausgeübt wird, kann reduziert werden und die Bruchgrenze in Bezug zu dem Drehmoment auf die Elektrodenanschlusspunkte 12 während der Verbindung kann erhöht werden, beides mit einer kompakten Struktur. Außerdem wird ein Einpassen der kreisförmigen Aussparungen 39 zusammen mit den ringförmigen Vorsprüngen 40 verursachen, dass die Belastung, die durch das Drehmoment erzeugt wird, zu jeder Zeit senkrecht zur Ebene des Eingriffs zwischen den Eingriffrillen 37 und den Eingriff-Zungen 38 eingerichtet ist, so dass erzielt wird, dass einer größeren Belastungsstärke standgehalten und die Bruchgrenze weiter erhöht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die angrenzenden Zellen 7 durch die Verbindungsvorsprünge 23 in Reihe geschaltet, welche durch Pressformen der Kollektorplatten 6 gebildet sind, so das eine innere Verbindung innerhalb des integralen Batteriegehäuses 2 möglich ist und keine separaten Verbindungsteile benötigt werden, und weniger Einzelteile bedeutet, dass die Verbindungen einfacher sein können und geringere Kosten hervorrufen. Weil die Verbindungsvorsprünge 23 und die Kollektorplatten 6 integriert sind und durch Schweißen an einer einzelnen Stelle verbunden sind, ist außerdem eine Verbindung mit extrem niedrigem elektrischen Widerstand möglich.

Zusätzlich sind Durchgangslöcher 13 in dem Deckel 4 an den angrenzenden Enden der benachbarten Zellengehäuse 3 geformt, und ein Verbindungsdeckel 14 – in dem ein Verbindungsdurchgang 14a gebildet ist, der eine Verbindung zwischen diesen Durchgangslöchern 13 herstellt – ist über den Deckel 4 geschweißt. Infolgedessen wird der innere Druck zwischen den Zellengehäusen 3 ausgeglichen, was verhindert, dass die Lebensdauer der Zellen 7 durch einen Anstieg des inneren Drucks von einigen der Zellengehäusen 3 verkürzt wird, und verhindert dann wiederum eine damit verbundene Verringerung der Lebensdauer der verschlossenen prismatischen Batterie 1. Diese kann erzielt werden mit geringen Kosten, weil ein einzelnes Sicherheitsventil 15 an dem Deckel 4 vorgesehen ist.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben unter Bezugnahme auf die 6A und 6B. Selbe Konstruktionselemente wie in der vorstehenden Ausführungsform werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut beschrieben, und nur die Unterschiede werden besprochen.

In der vorstehenden Ausführungsform waren die Elektrodenanschlusspunkte 12 so vorgesehen, dass sie von den Endwänden 8 des integralen Batteriegehäuses 2 nach außen hervorstehen, aber in dieser Ausführungsform sind die Anschlusslöcher 30 an beiden Enden auf der Oberseite des Deckels 4 gebildet, und die Elektrodenanschlusspunkte 12 sind befestigt, indem sie durch diese Anschlusslöcher 30 von innen hindurchführen. Jeder Elektrodenanschlusspunkt 12 ist feststehend befestigt, durch das schichtweise Anordnen der oberen Wand des Deckels 4 zwischen dem Sitz 12a und einer Befestigungsmutter 30a, und diese ist doppelt verschlossen durch ein Verschlusselement 30b, das zwischen der Befestigungsmutter 30a und der oberen Oberfläche der oberen Wand des Deckels 4 angeordnet ist, und einem O-Ring 25, der zwischen dem Sitz 12a des Elektrodenanschlusspunktes 12 und der unteren Oberfläche der oberen Wand des Deckels 4 angeordnet ist. Verlängerungen 6a, die sich aufwärts erstrecken, sind auf den Kollektorplatten 6 gebildet, die entlang der inneren Oberflächen der Endwände 8 der Zellen 7 an beiden Enden vorgesehen sind, und die distalen Enden von diesen Verlängerungen sind mit den Sitzen 12a der Elektrodenanschlusspunkte 12 verbunden.

Selbst wenn das Batteriemodul 1 durch einen Gegenstand von der Seite getroffen wird, während es auf seiner Trägerhalterung befestigt ist, werden die Elektrodenanschlusspunkte 12 bei dieser Ausführungsform nicht direkt Gegenstand eines starken Stoßes, weil die Elektrodenanschlusspunkte 12 auf der Oberseite des Deckels 4 vorgesehen sind, was einen Kurzschluss verhindert, der sich andernfalls durch die Bewegung der Elektrodenanschlusspunkte 12 ereignen könnte. Auch wird die Arbeit vereinfacht, weil auf die Elektrodenanschlusspunkte 12 für die Verbindung einer Sammelschiene oder eines äußeren Verbindungsdrahtes von oben zugegriffen werden kann.


Anspruch[de]
Verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie, umfassend:

ein prismatisches Batteriegehäuse (2),

Anschlusslöcher (10), die jeweils in jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände (8) des prismatischen Batteriegehäuses gebildet sind;

Elektrodenanschlusspunkte (12), die jeweils in jedem der Anschlusslöcher eingerichtet sind; und

hervorstehende Komponenten (26), die von jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände des prismatischen Batteriegehäuses hervorstehen,

dadurch gekennzeichnet, dass die hervorstehenden Komponenten weiter hervorstehen als die Elektrodenanschlusspunkte.
Verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der hervorstehenden Komponenten eine geneigte oberste Oberfläche (27) aufweist, die sich diagonal in Richtung auf das äußere Ende abwärts neigt. Verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie nach Anspruch 3, wobei der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen in Bezug zu einer horizontalen Ebene 5° bis 60° beträgt. Verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie nach Anspruch 3, wobei der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen in Bezug zu einer horizontalen Ebene 45 ± 100 beträgt. Verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner eine oder mehrere Rippen (8a) umfassend, die hervorstehend von jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände des prismatischen Batteriegehäuses gebildet sind, parallel zu der Richtung der kurzen Seite der Endwände. Verschlossene, prismatische, aufladbare Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner eine oder mehrere Rippen (8b) umfassend, die hervorstehend von jeder der längsseitigen, gegenüberliegenden Endwände des prismatischen Batteriegehäuses gebildet sind, parallel zu der Richtung der langen Seite der Endwände.






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