专利名称：用于金属薄膜电池的蓄电池壳体的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电池，更具体而言，涉及用于金属薄膜蓄电池电池单元的容器。
2．讨论金属薄膜(TMF)蓄电池技术提供了小型的高能量蓄电池电池单元。该类型的电池是众所周知的，它们的结构和制造在例如第3，494，800、5，045，086、5，047，300、5，198，313和5，368，961号美国专利中有所描述，其公开内容引述在此，以供参考。一金属薄膜蓄电池电池单元具有密封在一密封电池容器中的金属薄膜板，该容器是用阀门调节的。该电池具有电解液缺乏系统(electrolyte starved system)中的吸收性的玻璃纤维板(AGM)分隔技术。该金属薄膜板是用大约0．005英寸厚的非常薄的铅膜制造的，且粘贴有活性材料，形成了大于0．012英寸的厚度的粘贴板。该板螺旋卷绕有分隔材料，且末端铸造或低温焊接在螺旋卷的端部。该螺旋卷封装在一容器中，该容器装有电解液且除了开口外是密封的。金属薄膜电池的性能特征包括较高的能量／重量比率和较快的再充电能力。
本领域的目前状态是，TMF电池单个地封装和密封在塑料容器中。而后这些电池以串联形式电性连接，以形成TMF蓄电池。尽管对于具有单个电池的蓄电池或应用在电池的结构一体性不太重要的环境中的具有多个电池的蓄电池，TMF电池的单个封装是可以接受的，但需要提供更为紧凑的结构一体性，以串联连接TMF电池。现有技术不足以满足该需要。
本发明的简要说明因此，本发明致力于用于金属薄膜电池的蓄电池壳体。该壳体具有界定了多个大致八边形电池空腔的一改进的蜂窝状设计。改进的蜂窝状设计提供了一容器，该容器的结构强度相对用于多个TMF电池的现有技术中的容器有所改进。改进的蜂窝状设计还使得在整个壳体中具有一致的壁厚度，由此增加了蓄电池工作中的一致伸展或收缩，且减少了模制过程带来的变形。此外，壳体结构在每个空腔中提供一平坦表面，以利于电池在空腔中的对齐和电池的电性互连。改进的蜂窝状结构还通过消除模芯中的刃形边缘改进了壳体的可模制性。
附图的简要说明通过结合附图阅读以下的详尽描述本发明的目的和特征将变得更加清楚，在附图中
图1是按照本发明的金属薄膜蓄电池的立体图；图2是示出在图1中的金属薄膜蓄电池的分解立体图；图3是图1所示蓄电池壳体的仰视图，为了清楚起见，拆去了壳体的底部；图4是图1所示蓄电池的俯视图，为了清楚起见，拆去了壳体和蓄电池的顶部；图5是沿图1中平面5-5-5截取的蓄电池的剖视图；图6是沿图2中线6-6截取的蓄电池壳体顶部的剖视图；以及图7是沿图2中线7-7截取的蓄电池壳体底部的剖视图。
较佳实施例的详尽描述如图1所示，蓄电池8包括具有一本体12的一壳体10，本体12带有顶部14和底部16，顶部和底部以本领域中已知的方式例如加热密封连接于本体。壳体10被构制成用以容纳多个金属薄膜电池18(图2)，电池18具有以本领域中已知方式卷绕的金属薄膜20。薄膜20界定了总的以标号21表示的一外圆柱表面区域、一第一端22和第二端24。第一和第二导电铅片26和28通过焊接或本领域中等同的技术分别连接于卷绕的金属薄膜20的第一和第二端22和24。因为金属薄膜(TMF)电池在本领域中是已知的，在此将不描述用以制造TMF电池的现有技术和它们发电的方式。对于此类电池的基本描述，可以参见1997年6月6日提交的第08／870，803号美国专利申请“标准蓄电池”，该申请转让给了本发明的受让人，其公开内容引述在此，以供参考。
参见图2和图3，本体12具有外侧壁30和32以及外端壁34和36以及总的以标号38表示的多个分隔壁。分隔壁38与外侧壁30和32以及外端壁34和36互连成改进的蜂窝状的结构，该结构具有多个大致八边形的电池空腔40。该蜂窝状结构提供了结构坚固的蓄电池壳体，该壳体可以不变形地抵抗工作中产生的内部压力，该内部压力大约是二十磅每平方英寸表压(20psig)。
在图示的实施例中，外壁30、32、34和36以及每个分隔壁38具有相同的壁厚度41(图3)，由此简化了壳体10的结构。此外，改进的蜂窝状结构以及各种外壁和分隔壁的相同壁厚度增加了蓄电池工作中伸展和收缩的一致性，且减小了模制过程所带来的变形。因此，壳体10在其整个工作寿命中一直保持结构完整。而且，蜂窝状结构具有位于每一空腔内的一平坦表面，以便于空腔内的电池的对齐和通过焊接使电池相互电性连接。本发明的另一优点是通过消除模芯中的刃形边缘提高了壳体的可模制性。
现详尽描述改进的蜂窝状结构。分隔壁38具有多个第一平坦段46和垂直于第一平坦段46的第二平坦段48。第二平坦段48还垂直于第一和第二外端壁36，且平行于第一和第二外侧壁30和32。以相似的方式，每个第一平坦段46平行于第一和第二外端壁34和36，且垂直于侧壁30和32。多个弧形连接段50使第一和第二平坦段46和48相互连接，且将诸平坦段连接于各个外侧壁和端壁30、32、34和36。每个弧形连接段50与一个或其他三个弧形连接段是一体的，以界定多个粗略为钻石形的通道52或半钻石形的通道53，如图所示，每个通道53带有圆形的角。
平坦段46和48、外侧壁和端壁以及弧形连接段协作地界定了用以容纳电池18的八边形电池空腔40。在图3中最佳地示出，电池18a-18f分别设置在本体12的空腔40(图2)中。部分50的弧形结构是预定的，以将电池18牢固地保持在空腔40中。更具体地，在较佳实施例中，每个空腔的总体尺寸以及弧形段50的形状是预定的，所以在将每个电池18插入到每个空腔40中时，弧形段50沿着薄膜20的外表面区域21超过百分之五十(50％)匹配地啮合电池18。壳体外壁30、32、34、和36以及每个分隔壁38的相同厚度在插入时一致地压缩电池，例如通过压缩包括在其间的玻璃纤维分隔件。因此，电池18牢固地容纳且保持在空腔40中。最后，如图5所示，顶部14和止动部分62纵向地将电池保持在空腔中。
如图所示，本体12的外端壁、外侧壁和分隔壁是一个整体，由此进一步增加了本体12的坚固性。较佳地，各壁是用耐热塑料材料例如聚丙烯通过本领域中已知的工艺例如冲压、铸造或注模形成的。
为了进一步界定大致八边形的电池空腔40，外侧壁30和32通过截去棱角的平角部分54连接于外端壁34和36。在图2中最佳地示出，本体12的外壁30、32、34和36有一致的长度56，由此界定了一上端58和一下端60。顶部14连接于壳体12上接近上端58的地方，而底部16连接于接近其下端60的地方(图1)。
除了本发明的改进的蜂窝状结构的坚固性、保持特征和可模制性之外，由平坦段46和48提供的平坦表面有利于处在其各个空腔中的每个电池的适当对齐，且提供了一平坦表面，以如此后将进行描述的那样通过焊接完成诸电池的电性互连。更具体地，在图3和图4中最佳地示出，电池18a-18f的竖立片27a-27f设置在电池空腔40中且邻近平坦表面46和48中的一个。如此后的描述且如图5所示，位于电池壳体内的相邻小片之间的焊接互连通过形成在平坦段46和48中的小孔71来完成。本领域的技术人员可理解到，表面46和48的平坦结构有利于相邻小片之间的完全焊接。
如图3和图5所示，本体12还具有与弧形连接段50和截去棱角的平角部分54成为一体且向内延伸的多个半圆形止动部分62。止动部分62从各个段的下端60(图5)凹入，适当地将TMF电池18定位在电池空腔40中，从而如此后的描述那样有利于TMF电池18的电性互连。
现结合图1、图5和图6描述顶部14的结构。顶部14较佳地用与本体12相同的塑料材料通过冲压、铸造、注模或本领域中已知的其他方法来形成。顶部14具有一上平坦部分64、从上平坦部分64的周缘向下延伸的一连接凸缘66、以及当顶部14连接于本体12时(图5)在电池空腔40中可使用的多个出口68(图6)。出口68是以本领域中已知的方式构制的，且允许在TMF电池的充电和放电过程中产生在壳体10内的气体的消散。出口68还具有出口通道70，出口通道70选择地给电池空腔40提供了通道，用以将电解液放置在每个电池空腔中。
出口68部分地由圆柱形的连接壁72界定，连接壁72使上平坦部分64和下部73相互连接。相邻出口68的圆柱形连接壁72彼此分隔开，以界定一凹入的空腔74，空腔74用来容纳位于导电铅片26和28上的竖立片27，如此后描述的那样使TMF电池18电性互连。
如图7所示，底部16是以与顶部14基本相同的方式构制的，且具有一下平坦部分78、一连接凸缘80和从下平坦部分78凹入且通过圆锥形连接壁84连接的上部82。底部16没有形成在顶部14中的开口结构。
顶部14和底部16通过加热密封或其他本领域中已知的方法连接于本体12。更具体地，顶部14和底部16的连接凸缘66和80分别被构制成可操作地啮合外侧壁和端壁30、32、34和36，由此顶部14和底部16被加热密封至本体12，以提供可通过顶部14中的开口68而排放的一密封壳体。
现结合图3和图4描述壳体10中的TMF电池18的电性互连。如图所示，相邻的TMF电池以本领域中已知的方式相反地定位，以进行串联。因此，电池18a通过第二导电铅片28a(图3)电性连接于外部接线端86，且通过各个第一铅片26a和26b的连接电性连接于电池18b。以基本相同的方式完成其余电池18b-18f的串联电性连接，并且将连接示出在图中。
如图5所示，分隔电池18c和18d的平坦段46设置有孔71，以本领域中已知的方式例如焊接电性连接竖立片27c和27d。本领域的技术人员可理解到，电池18a-18f中通过第二平坦段48完成的各电池的电性互连是以与图5所示用以连接至第一平坦段46的基本相同的方式进行的。如图3所示，电池18a-18f的串联电性连接是通过以本领域中已知的方式将电池18f的第二铅片电性连接于接线端88来完成的，接线端88连接于电池壳体12的外部，更确切地说，是连接于端壁34。
如上所述，每个TMF电池18a-18f在其各个空腔40中的定位被止动部分62的定位所限制，这最佳地示出在图3和图5中。更具体地，将每个TMF电池设置在各个空腔40中，直到连接其上的第一和第二铅片26和28中的一个接触向内伸进空腔的止动部分62。止动部分有利于TMF电池相对彼此的适当定位，如上所述，以相对容易且简化地进行精确的电性互连。
当按照在此所述且示出在附图中的本发明构造TMF蓄电池8时，蓄电池容纳在结构坚固的壳体10中，以牢固地将TMF电池保持在其内。尽管在此所述和示出的蓄电池壳体10具有六个电池结构，本领域的技术人员可理解到，壳体10的本体12、顶部14和底部16可进行改进，提供带有任何数目TMF电池的一蓄电池，以满足具体应用的容量和空间限制。而且，本发明已设想到通过连接铅片26和28来完成电池的电性互连，不脱离所附权利要求书界定的本发明的范围，也可以使用本领域中已知的其他技术。
权利要求
1．一种蓄电池壳体，它包括具有顶部和底部的一框架，所述框架界定了横截面大致为八边形的多个空腔。
2．如权利要求1所述的壳体，其特征在于所述框架具有界定了所述多个空腔的第一和第二侧壁、第一和第二端壁和多个分隔壁。
3．如权利要求2所述的壳体，其特征在于所述第一和第二侧壁、第一和第二端壁和所述多个分隔壁具有相同的厚度。
4．如权利要求2所述的壳体，其特征在于所述多个分隔壁具有平坦壁和弧形壁。
5．如权利要求4所述的壳体，其特征在于每一个所述弧形壁具有一第一端和一第二端，第一端与其中一个平坦壁成为一体，而第二端与另一所述平坦壁、所述第一和第二端壁和所述第一和第二侧壁中的一个成为一体。
6．如权利要求2所述的壳体，其特征在于它还具有连接于所述框架的多个止动部分，所述多个止动部分中的每一个伸进每一个所述多个空腔之中。
7．如权利要求6所述的蓄电池壳体，其特征在于所述多个止动部分中的每一个与所述第一和第二侧壁、所述第一和第二端壁和所述多个分隔壁中的一个形成为一体。
8．如权利要求7所述的蓄电池壳体，其特征在于它还具有使所述第一和第二侧壁与所述第一和第二端壁相互连接的倒角的连接壁。
9．如权利要求8所述的蓄电池壳体，其特征在于所述倒角的连接壁局部地界定了所述多个空腔中的至少一个。
10．如权利要求8所述的蓄电池壳体，其特征在于所述第一和第二侧壁、所述第一和第二端壁、所述多个分隔壁以及所述倒角的连接壁彼此是一体的。
11．如权利要求1所述的蓄电池壳体，其特征在于所述底部具有多个出口。
12．一种蓄电池，它包括界定了横截面大致为八边形的多个空腔的一框架；连接于所述框架的一接线端；密封地连接于所述框架的一顶部；密封地连接于所述框架的一底部；以及设置在所述多个空腔中的多个电池，所述多个电池以及所述接线端以串联形式相互电性连接。
13．如权利要求12所述的蓄电池，其特征在于所述框架具有侧壁、端壁和分隔壁，其中所述端壁、侧壁和分隔壁界定了所述多个空腔。
14．如权利要求13所述的蓄电池，其特征在于所述端壁、侧壁和分隔壁具有相同的厚度。
15．如权利要求13所述的蓄电池，其特征在于所述分隔壁包括平坦壁和弧形壁。
16．如权利要求15所述的蓄电池，其特征在于每一个所述弧形壁具有一第一端和一第二端，第一端与其中一个平坦壁成为一体，而第二端与另一所述平坦壁、所述第一和第二端壁和所述第一和第二侧壁中的一个成为一体。
17．如权利要求12所述的蓄电池，其特征在于每一个所述电池具有界定了第一端和第二端的卷绕的金属薄膜体，其中所述蓄电池还具有连接于所述本体的所述第一端的一第一导电铅片和连接于所述本体的所述第二端的一第二导电铅片。
18．如权利要求17所述的蓄电池，其特征在于所述第一和第二导电铅片邻近所述平坦壁、端壁和侧壁中的一个。
19．如权利要求12所述的蓄电池，其特征在于它还具有连接于所述框架的多个止动部分，所述多个止动部分中的每一个伸进每一个所述空腔中。
20．一种蓄电池壳体，它包括一本体和连接于该本体的一顶部和一底部；该本体具有外壁和内部隔离部分，这两者一起界定了在顶部和底部之间延伸的多个单独的空腔的一图形。
21．如权利要求20所述的蓄电池壳体，其特征在于分隔部分具有交替的平坦段和弧形段。
22．如权利要求20所述的蓄电池壳体，其特征在于分隔部分和外壁彼此是一体的且具有相同的厚度。
23．如权利要求20所述的蓄电池壳体，其特征在于该本体具有从一外壁向外突出的接线端延伸部。
24．一种蓄电池，它包括一壳体，该壳体具有一本体和连接于该本体的一顶部和一底部，该本体具有外壁和内部隔离部分，这两者一起界定了在顶部和底部之间延伸的多个单独的空腔的一图形；从壳体延伸的一接线端；以及设置在每个空腔中的一电池，诸电池彼此电性连接且连接于接线端。
全文摘要
一种蓄电池壳体和蓄电池,其中蓄电池壳体具有一框架(12),该框架(12)具有一顶部(14)和一底部(16),该框架界定了横截面大致为八边形的多个空腔(40)。该蓄电池具有界定了八边形空腔的一框架、连接于该框架的一接线端、密封地连接于该框架的一顶部和底部、以及设置在多个空腔中且与接线端以串联形式电性互连的多个电池单元(18)。
文档编号H01M2/02GK1291355SQ99803180
公开日2001年4月11日 申请日期1999年1月11日 优先权日1998年1月19日
发明者T·J·多尔蒂, M·G·安德鲁, G·K·鲍恩, J·P·察格罗德尼克 申请人:约翰逊控制技术公司