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DE-102024132537-A1 - GITTERANORDNUNG FÜR EINE PLATTENFÖRMIGE BATTERIEELEKTRODE EINES ELEKTROCHEMISCHEN AKKUMULATORS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gitteranordnung (109, 111) für eine plattenförmige Batterieelektrode eines elektrochemischen Akkumulators (100), wobei die Gitteranordnung (109, 111) einen Rahmen und ein im Inneren des Rahmens an dem Rahmen angeordnetes Gitter aufweist, wobei der Rahmen ein oberes Rahmenelement (1), an dessen dem Gitter abgewandter Seite eine Anschlussfahne (113) der Batterieelektrode angeordnet ist, ein dem oberen Rahmenelement (1) gegenüberliegendes unteres Rahmenelement (2) und zwei einander gegenüberliegende und jeweils das obere und untere Rahmenelement (1, 2) verbindende seitliche Rahmenelemente (3, 4) aufweist, wobei die Anschlussfahne (113) an oder in einem ersten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) mit dem oberen Rahmenelement (1) verbunden ist, und wobei ein erstes seitliches Rahmenelement (3) der beiden seitlichen Rahmenelemente (3, 4) den ersten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) mit dem unteren Rahmenelement (2) verbindet und das zweite seitliche Rahmenelement (4) einen dem ersten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) gegenüberliegenden zweiten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) mit dem unteren Rahmenelement (2) verbindet. Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass das Gitter eine Vielzahl von vertikalen Gitterstreben (5) aufweist, wobei jede vertikale Gitterstrebe (5) einen ersten Endbereich aufweist, der mit dem oberen Rahmenelement (1) verbunden ist, und mindestens einen dem ersten Endbereich zumindest teil- oder bereichsweise gegenüberliegenden zweiten Endbereich aufweist, der mit dem unteren Rahmenelement (2) oder mit dem zweiten seitlichen Rahmenelement (4) verbunden ist.

Inventors

  • Henryk Schachschal
  • Cornelia Brendel
  • Ornwasa Traisigkhachol
  • Georgiy Viberg

Assignees

  • CLARIOS GERMANY GMBH & CO. KG
  • CPS TECHNOLOGY HOLDINGS LLC

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20241107

Claims (20)

  1. Gitteranordnung (109, 111) für eine plattenförmige Batterieelektrode eines elektrochemischen Akkumulators (100), wobei die Gitteranordnung (109, 111) einen Rahmen und ein im Inneren des Rahmens an dem Rahmen angeordnetes Gitter aufweist, wobei der Rahmen ein oberes Rahmenelement (1), an dessen dem Gitter abgewandter Seite eine Anschlussfahne (113) der Batterieelektrode angeordnet ist, ein dem oberen Rahmenelement (1) gegenüberliegendes unteres Rahmenelement (2) und zwei einander gegenüberliegende und jeweils das obere und untere Rahmenelement (1, 2) verbindende seitliche Rahmenelemente (3, 4) aufweist, wobei die Anschlussfahne (113) an oder in einem ersten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) mit dem oberen Rahmenelement (1) verbunden ist, und wobei ein erstes seitliches Rahmenelement (3) der beiden seitlichen Rahmenelemente (3, 4) den ersten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) mit dem unteren Rahmenelement (2) verbindet und das zweite seitliche Rahmenelement (4) einen dem ersten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) gegenüberliegenden zweiten Endbereich des oberen Rahmenelements (1) mit dem unteren Rahmenelement (2) verbindet, dadurch gekennzeichnet , dass das Gitter eine Vielzahl von vertikalen Gitterstreben (5) aufweist, wobei jede vertikale Gitterstrebe (5) einen ersten Endbereich aufweist, der mit dem oberen Rahmenelement (1) verbunden ist, und mindestens einen dem ersten Endbereich zumindest teil- oder bereichsweise gegenüberliegenden zweiten Endbereich aufweist, der mit dem unteren Rahmenelement (2) oder mit dem zweiten seitlichen Rahmenelement (4) verbunden ist.
  2. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 1 , wobei mindestens eine vertikale Gitterstrebe (5) und vorzugsweise mehrere vertikale Gitterstreben (5) einen ersten Endbereich und mindestens zwei dem ersten Endbereich zumindest teil- oder bereichsweise gegenüberliegende zweite Endbereiche aufweisen, wobei die mindestens zwei zweiten Endbereiche über einen Übergangsbereich (7) mit dem ersten Endbereich verbunden sind.
  3. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 2 , wobei der Übergangsbereich (7) durch einen Y-förmigen Gitterstrebenbereich gebildet wird.
  4. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 2 oder 3 , wobei in einer Draufsicht auf die Gitteranordnung (109, 111) gesehen, in welcher der erste Endbereich des oberen Rahmenelements (1) rechtsseitig oben und der zweite Endbereich des oberen Rahmenelements (1) linksseitig oben vorliegt, der Übergangsbereich (7) und vorzugsweise alle Übergangsbereiche (7) in dem oberen rechten Quadranten des Gitters liegen.
  5. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei mehrere vertikale Gitterstreben (5) einen ersten Endbereich und zwei dem ersten Endbereich zumindest teil- oder bereichsweise gegenüberliegende und mit dem ersten Endbereich über einen vorzugsweise Y-förmigen Gitterstrebenbereich verbundene zweite Endbereiche aufweisen, wobei zwischen zwei einander benachbarten vertikalen Gitterstreben (5) der mehreren vertikalen Gitterstreben (5), die jeweils zwei zweite Endbereiche aufweisen, mindestens eine vertikale Gitterstrebe (5) und vorzugsweise genau eine vertikale Gitterstrebe (5) angeordnet ist, welche nur einen ersten Endbereich und nur einen zweiten Endbereich aufweist.
  6. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei in einer Draufsicht auf die Gitteranordnung (109, 111) gesehen, in welcher der erste Endbereich des oberen Rahmenelements (1) rechtsseitig oben und der zweite Endbereich des oberen Rahmenelements (1) linksseitig oben vorliegt, jede vertikale Gitterstrebe (5) des Gitters eine positive Steigung aufweist oder parallel zu einer Längserstreckungsrichtung des ersten seitlichen Rahmenelements (3) verläuft.
  7. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 6 , wobei nur eine dem ersten seitlichen Rahmenelement (3) unmittelbar benachbarte vertikale Gitterstrebe (5) und ggf. eine zu dieser vertikalen Gitterstrebe (5) unmittelbar benachbarte vertikale Gitterstrebe (5) parallel zu der Längserstreckungsrichtung des ersten seitlichen Rahmenelements (3) verlaufen.
  8. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 6 oder 7 , wobei mit zunehmendem Abstand zu dem ersten seitlichen Rahmenelement (3) die insbesondere positive Steigung der vertikalen Gitterstreben (5) abnimmt.
  9. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei das Gitter eine Vielzahl von horizontalen Gitterstreben (6) aufweist, wobei jede horizontale Gitterstrebe (6) einen ersten Endbereich aufweist, der mit einer ersten Gitterstrebe der vertikalen Gitterstreben (5) oder mit dem zweiten seitlichen Rahmenelement (4) verbunden ist, und einen dem ersten Endbereich zumindest teil- oder bereichsweise gegenüberliegenden zweiten Endbereich aufweist, der mit einer zweiten Gitterstrebe der vertikalen Gitterstreben (5) oder mit dem ersten seitlichen Rahmenelement (3) verbunden ist.
  10. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 9 , wobei die erste Gitterstrebe der vertikalen Gitterstreben (5) näher an dem zweiten seitlichen Rahmenelement (4) angeordnet ist als die zweite Gitterstrebe der vertikalen Gitterstreben (5).
  11. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 9 oder 10 , wobei die Gitteranordnung (109, 111) eine Vielzahl von Gitterfenstern (8) aufweist, welche durch zwei einander gegenüberliegende horizontale Gitterstreben (6) und zwei einander gegenüberliegende Abschnitte von vertikalen Gitterstreben (5) gebildet werden, wobei bei mindestens 50%, insbesondere bei mindestens 60%, insbesondere bei mindestens 75% und vorzugsweise bei mindestens 85% dieser Gitterfenster (8) die horizontalen Gitterstreben (6) eine Länge von maximal 50%, insbesondere von maximal 40%, und vorzugsweise von maximal 35% der Länge des Abschnitts der vertikalen Gitterstreben (5) aufweisen.
  12. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei mindestens 85%, insbesondere mindestens 90% und vorzugsweise mindestens 95% der horizontalen Gitterstreben (6) eine Länge von ≤ 8 mm, insbesondere von ≤ 7 mm, und vorzugsweise von ≤ 6 mm aufweisen.
  13. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 , wobei mindestens 85%, insbesondere mindestens 90%, und vorzugsweise mindestens 95% der horizontalen Gitterstreben (6) eine Länge von 6,0 mm bis 4,0 mm aufweisen.
  14. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 , wobei das Gitter eine Vielzahl von durch die vertikalen Gitterstreben (5) und die horizontalen Gitterstreben (6) gebildete Gitterfenster (8) aufweist, wobei vorzugsweise jedes Gitterfenster (8) oder zumindest eine Mehrheit der Gitterfenster (8) eine Fläche von 72 mm 2 bis 78 mm 2 , vorzugsweise eine Fläche von 72 mm 2 bis 75 mm 2 und noch bevorzugter eine Fläche von 72 mm 2 bis kleiner als 75 mm 2 umschließt.
  15. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 14 , wobei eine Abweichung einer über mindestens zwei einander benachbarter Gitterfenster (8) ermittelten durchschnittlichen Gitterfenstergröße bei den Gitterfenstern (8) des Gitters höchstens 10% beträgt.
  16. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 9 bis 15 , wobei an den vertikalen und/oder horizontalen Gitterstreben (5, 6) insbesondere kalotten- oder kegelstumpfförmige Vorsprünge ausgebildet sind, welche sich senkrecht zu der Ebene erstrecken, in welcher das Gitter der Gitteranordnung (109, 111) liegt.
  17. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 16 , wobei die Vorsprünge zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt sind.
  18. Gitteranordnung (109, 111) nach Anspruch 16 oder 17 , wobei die Vorsprünge eine Höhe von 0,3 mm bis 0,9 mm aufweisen.
  19. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 16 bis 18 , wobei die Vorsprünge zumindest teilweise in einem Bereich der Endbereiche der horizontalen Gitterstreben (6) oder in einem Bereich der Endbereiche einiger horizontaler Gitterstreben (6) ausgebildet sind.
  20. Gitteranordnung (109, 111) nach einem der Ansprüche 9 bis 19 , wobei die Gitteranordnung (109, 111) im Bereich der Anschlussfahne (113) eine erste, insbesondere mittlere Dicke und im Bereich des Rahmens eine zweite, insbesondere mittlere Dicke aufweist, wobei die erste, insbesondere mittlere Dicke im Bereich der Anschlussfahne (113) größer als die zweite, insbesondere mittlere Dicke im Bereich des Rahmens ist; und/oder wobei die vertikalen Gitterstreben (5) zumindest bereichsweise eine erste, insbesondere mittlere Dicke und zumindest eine von der ersten, insbesondere mittleren Dicke der vertikalen Gitterstreben (5) verschiedene zweite, insbesondere mittlere Dicke aufweisen; und/oder wobei die horizontalen Gitterstreben (6) zumindest bereichsweise eine erste, insbesondere mittlere Dicke und zumindest bereichsweise eine von der ersten, insbesondere mittleren Dicke der horizontalen Gitterstreben (6) verschiedene zweite, insbesondere mittlere Dicke aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektrochemischer Akkumulatoren mit plattenförmigen Batterieelektroden, die auch als Elektrodenplatten bezeichnet werden. Solche Akkumulatoren werden insbesondere als Blei-Säure-Akkumulatoren gefertigt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gitteranordnung für eine plattenförmige Batterieelektrode eines elektrochemischen Akkumulators. Gitteranordnungen solcher Batterieelektroden sind beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2008 029 386 A1 und in der Druckschrift WO 2001/04977 A1 beschrieben. Solche Gitteranordnungen werden in der Regel aus Blei oder einer Bleilegierung hergestellt. Wegen ansteigender Rohstoffpreise und dem Ziel der Gewichtsreduzierung elektrochemischer Akkumulatoren ist es wünschenswert, die eingesetzte Blei- bzw. Bleilegierungsmenge zu minimieren. Andererseits können wegen der zum Teil recht filigranen Gitterstruktur aus dem Stand der Technik bekannte Gitteranordnungen bei besonderen Belastungsfällen im Betrieb Schaden nehmen, beispielsweise bei Anwendungen im Nutzfahrzeugbereich, wie z.B. bei einer LKW-Starterbatterie. Die in solchen Fahrzeugen auftretenden Vibrationsbelastungen können unter Umständen sehr hoch sein. Gerade bei solchen Akkumulatoren, insbesondere LKW-Starterbatterien, können die jeweiligen Gitterstreben der Gitteranordnung nicht beliebig verändert werden, um Material einzusparen, da ansonsten die Performance des Akkumulators abnehmen würde. Aufgrund der geschilderten Problemstellung liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, eine optimierte Gitteranordnung anzugeben, bei der die einzusetzende Blei- oder Bleilegierungsmenge ohne Verschlechterung der sonstigen Performance verringert werden kann. Insbesondere soll die Gitteranordnung trotz der gewünschten Materialeinsparung des Rohstoffs Blei eine robustere Gestaltung aufweisen, die sich durch eine verbesserte Vibrationsfestigkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gitteranordnung in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 26 angegeben sind. Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere eine Gitteranordnung für eine plattenförmige Batterieelektrode eines elektrochemischen Akkumulators, wobei die Gitteranordnung einen Rahmen und ein im Inneren des Rahmens an dem Rahmen angeordnetes Gitter aufweist. Der Rahmen weist ein oberes Rahmenelement auf, an dessen dem Gitter abgewandter Seite eine Anschlussfahne der Batterieelektrode angeordnet ist. Zusätzlich zu dem oberen Rahmenelement weist der Rahmen ein dem oberen Rahmenelement gegenüberliegendes unteres Rahmenelement sowie zwei einander gegenüberliegende und jeweils das obere und untere Rahmenelement verbindende seitliche Rahmenelemente auf. Dabei ist die Anschlussfahne an oder in einem ersten Endbereich des oberen Rahmenelements mit dem oberen Rahmenelement verbunden. Ein erstes seitliches Rahmenelement der beiden seitlichen Rahmenelemente verbindet den ersten Endbereich des oberen Rahmenelements mit dem unteren Rahmenelement, während das zweite seitliche Rahmenelement einen dem ersten Endbereich des oberen Rahmenelements gegenüberliegenden zweiten Endbereich des oberen Rahmenelements mit dem unteren Rahmenelement verbindet. Das Design der erfindungsgemäßen Gitteranordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Gitter eine Vielzahl von vertikalen Gitterstreben aufweist, wobei jede vertikale Gitterstrebe einen ersten Endbereich aufweist, der mit dem oberen Rahmenelement verbunden ist, und wobei ferner jede vertikale Gitterstrebe mindestens einen dem ersten Endbereich zumindest teil- oder bereichsweise gegenüberliegenden zweiten Endbereich aufweist, der mit dem unteren Rahmenelement oder mit dem zweiten seitlichen Rahmenelement verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Gitteranordnung handelt es sich um eine Gitteranordnung, welche über ein Formgussverfahren hergestellt ist. Dies hat den Vorteil, dass mit besonders geringen Herstellungskosten robuste Gitteranordnungen für Bleiakkumulatoren gefertigt werden können. Auch vor dem Hintergrund gestiegener Rohstoffkosten, z.B. für Blei oder Bleilegierungen, ist die Herstellung der Gitteranordnung über ein Formgussverfahren besonders vorteilhaft, da durch das Formgussverfahren die bei einem herkömmlichen Stanzprozess entstehenden Stanzabfälle entfallen. Es entfällt daher auch der Aufwand für ein späteres Aufsammeln und Wiederverwerten von Stanzabfällen, da diese gar nicht erst entstehen. Die Herstellung über ein Formgussverfahren erlaubt eine besonders schnelle und effiziente Fertigung von Gitteranordnungen, was den Vorteil hat, dass vorhandene Maschinen besonders effizient genutzt werden können. Die erfindungsgemäße Gitteranordnung zeichnet sich durch eine deutlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationsbelastungen aus. Unerwünschte Rissbildungen oder gar Abrisse im Bereich der Anschlussfahne, deren Übergang in die Gitterstruktur und im