本發(fā)明涉及流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池歧管。特別地，但是非排他地，本發(fā)明涉及一種形成整體歧管的方法，該整體歧管用于流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的電池堆。

背景技術(shù)：

在獨(dú)立電源系統(tǒng)中使用的蓄電池通常是鉛酸蓄電池。然而，鉛酸蓄電池在性能和環(huán)境安全方面具有局限性。典型的鉛酸蓄電池在熱氣候條件下通常具有非常短的壽命，特別是當(dāng)它們偶爾完全放電時(shí)。鉛酸蓄電池還是對(duì)環(huán)境有害的，因?yàn)殂U是鉛酸蓄電池的主要成分，并且在制造和處置的過程中可能引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。

流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池，例如鋅-溴蓄電池、鋅-氯蓄電池和釩液流蓄電池提供了克服鉛酸蓄電池的上述局限性的可能性。特別地，流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的使用壽命不受深度放電應(yīng)用的影響，并且流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的能量重量比高達(dá)鉛酸蓄電池的能量重量比的六倍。

然而，制造流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池可能比制造鉛酸蓄電池更困難。如同鉛酸蓄電池一樣，流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池包括電池堆以產(chǎn)生比單個(gè)電池的電壓高的某個(gè)電壓。但是與鉛酸蓄電池不同，流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池中的電池通過電解質(zhì)循環(huán)路徑液力地連接。這可能是有問題的，因?yàn)榉致冯娏骺梢酝ㄟ^電解質(zhì)循環(huán)路徑從一個(gè)串聯(lián)連接的電池流到另一個(gè)串聯(lián)連接的電池，導(dǎo)致電池的單獨(dú)充電狀態(tài)中的能量損失和不平衡。為了防止或減少這種分路電流，流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池在電池之間限定足夠長的電解質(zhì)循環(huán)路徑，從而增加了電池之間的電阻。

電解質(zhì)通常經(jīng)由外部歧管供應(yīng)到電池堆和從電池堆中排出。每個(gè)電池都具有在電解質(zhì)循環(huán)路徑的毛細(xì)管開口處的多個(gè)入口和出口，每個(gè)外部歧管都利用包括彈性體連接管陣列的精密連接裝置連接到電池堆的循環(huán)路徑。典型的54電池堆需要216個(gè)彈性體連接管。這種精密連接裝置不僅難以制造，而且在組裝和使用期間也易于損壞。為了減少損壞的可能性，已經(jīng)研制了形成于蓄電池殼體內(nèi)的內(nèi)部歧管，以便減少損壞的可能性。

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的蓄電池10的局部透視圖。蓄電池10包括一堆電池11和整體歧管12，整體歧管12包括穿過整體歧管12通向毛細(xì)管開口14的多個(gè)孔13。然后，圍繞電池11構(gòu)造模板16。銷15穿過模板16并穿過每個(gè)孔13到達(dá)毛細(xì)管開口14。一旦已經(jīng)構(gòu)造了模板16，就通過填充孔18將模制材料(未示出)注入到空腔17中。一旦模制材料凝固，就移除銷15和模板16，然后堵塞填充孔18和由銷15在模具外側(cè)上形成的孔，在毛細(xì)管開口14和內(nèi)部歧管12之間形成流體連接。然后，經(jīng)由用于連接到電解液流的密封件將配件(未示出)連接到整體歧管12。

然而，利用圖1中所示的模具設(shè)計(jì)，模制材料和該堆電池11之間的結(jié)合相對(duì)較弱，并且可能是泄漏源。另外，另一個(gè)泄漏源可能是在配件和用于連接到電解液流的密封件之間的連接部。

此外，當(dāng)模制相鄰的相對(duì)精密的材料時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)的注射成型中使用的相對(duì)高的壓力可能是有問題的。用于普通高密度聚乙烯(HDPE)部件的典型模制參數(shù)包括230至260括的溫度和30至60巴的壓力。對(duì)于嵌入成型(其中在進(jìn)行模制之前將可以具有不同顏色或甚至不同材料的單獨(dú)部件置于模具內(nèi)部)，壓力必須更高，否則嵌入部件將不會(huì)與注射的塑料結(jié)合。因此，用于嵌入成型的典型壓力為50至70巴，并且溫度將處于上述范圍的較高端以改善結(jié)合。然而，在流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的電池堆中，由于模具的這么大的部分由嵌入部件構(gòu)成，并且這些部件由軟的、低強(qiáng)度且多孔的塑料制成，所以上述壓力會(huì)使嵌入部件變形。

因此，需要克服或減輕與現(xiàn)有技術(shù)的流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池相關(guān)的許多上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本發(fā)明的一些實(shí)施方式的目的是向消費(fèi)者提供優(yōu)于上述現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)點(diǎn)，和/或克服和減輕現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)，和/或提供有用的商業(yè)選擇。

根據(jù)一個(gè)方面，但不是唯一的方面，本發(fā)明包括一種形成與流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的電池堆相鄰的整體歧管的方法，該方法包括：限定與電池堆相鄰的模腔，模腔通向電池堆的半電池的毛細(xì)管開口；將多個(gè)銷定位在模腔中，銷的端部區(qū)域與毛細(xì)管開口鄰接；通過使熔融材料進(jìn)入模腔的第一端并從模腔的第二端離開來預(yù)熱模腔；和用熔融材料填充模腔。

優(yōu)選地，該方法還包括：在預(yù)熱模腔期間同時(shí)冷卻銷。

優(yōu)選地，該方法還包括：將歧管芯置于模腔內(nèi)部以限定歧管腔，其中多個(gè)銷穿過歧管芯。

優(yōu)選地，該方法還包括：使冷卻劑流體進(jìn)入歧管芯的第一端并從歧管芯的第二端離開以冷卻多個(gè)銷。

優(yōu)選地，該方法還包括：使模板延伸到電池堆的上方以形成頂部端口，和使模板延伸到電池堆的下方以形成底部端口。

優(yōu)選地，在預(yù)熱期間使用的熔融材料是與在填充模腔期間使用的熔融材料相同的材料。

優(yōu)選地，澆道和澆口連接到頂部端口。

優(yōu)選地，澆道流體地連接到模腔，并且澆口流體地連接到歧管腔。

優(yōu)選地，溢流槽或閥連接到模腔的第二端。

優(yōu)選地，該方法還包括：使冷卻劑流體通過澆口并進(jìn)入歧管芯的第一端并從歧管芯的第二端離開，以冷卻多個(gè)銷；和其中使熔融材料進(jìn)入模腔的第一端并且模腔的第二端離開包括使熔融材料進(jìn)入澆道、通過模腔并且進(jìn)入溢流槽中。

優(yōu)選地，使冷卻劑流體通過澆口并進(jìn)入歧管芯的第一端并從歧管芯的第二端離開與使熔融材料進(jìn)入模腔的第一端并從模腔的第二端離開同時(shí)進(jìn)行。

優(yōu)選地，在預(yù)熱模腔期間，模腔內(nèi)的壓力不超過10巴。

優(yōu)選地，在用熔融材料填充模腔期間，模腔內(nèi)的壓力不超過30巴。

優(yōu)選地，在預(yù)熱期間，熔融材料從模腔的第二端離開的持續(xù)時(shí)間小于10秒鐘。

優(yōu)選地，該方法還包括：從模腔的第一端切割澆道或澆口；和從模腔的第二端切割溢流槽。

根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明包括根據(jù)上述方法形成的用于流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的整體歧管。

優(yōu)選地，毛細(xì)管開口被限定在延伸到半電池中的毛細(xì)管的管端部處。

優(yōu)選地，銷具有當(dāng)熔融材料凝固時(shí)位于模腔外部的外端和被接收在毛細(xì)管開口中的內(nèi)端。

優(yōu)選地，銷的外端具有比內(nèi)端更大的直徑。

優(yōu)選地，模板具有限定在其中的孔，當(dāng)將銷插入模腔中時(shí)，銷定位在所述孔中。

附圖說明

為了幫助理解本發(fā)明和使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)⒈景l(fā)明付諸實(shí)踐，以下僅通過示例的方式參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中：

圖1是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的局部透視圖的圖；

圖2是表示在制造整體歧管之前的流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的電池堆的角部的側(cè)視圖的圖；

圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在整體歧管的制造期間電池堆的角部的橫截面?zhèn)纫晥D的圖；

圖4是表示圖3的電池堆的角部的頂部透視圖的圖；

圖5是表示在制造整體歧管之后的蓄電池的側(cè)視圖的圖；和

圖6是概括根據(jù)本發(fā)明的形成整體歧管的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施方式包括一種形成與流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的電池堆相鄰的整體歧管的方法。本發(fā)明的元件在附圖中以簡(jiǎn)潔的輪廓形式示出，僅示出理解本發(fā)明的實(shí)施方式所必需的那些具體細(xì)節(jié)，從而不會(huì)使本公開內(nèi)容被過多細(xì)節(jié)所混淆，根據(jù)本說明書，這些細(xì)節(jié)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。

在本專利說明書中，諸如第一和第二、左和右、前和后、頂部和底部等等形容詞只是用于定義一個(gè)元件或方法步驟以使其區(qū)別于另一個(gè)元件或方法步驟，而不必要求由形容詞描述的特定相對(duì)位置或順序。諸如“包括”或“包含”的詞語不是用于定義元件或方法步驟的排他性集合。相反，這些詞語僅定義了包含在本發(fā)明的特定實(shí)施方式中的元件或方法步驟的最小集合。

參考圖2，該圖表示在制造整體歧管之前的流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池的電池堆20的角部的側(cè)視圖。應(yīng)當(dāng)理解，類似的整體歧管將形成在電池堆的所有四個(gè)角處或流動(dòng)電解質(zhì)蓄電池上的其他位置處。

電池堆20包括由隔板22隔開以限定多個(gè)半電池的一堆電極板21。半電池類似于在2008年10月2日公開的申請(qǐng)人的公開號(hào)為WO2008/116248的PCT專利中描述的半電池，并且其通過引用方式并入本文。半電池均包括電極板21、相鄰的隔板22和毛細(xì)管23，毛細(xì)管23位于形成在每個(gè)電極板21和相鄰的隔板22之間的毛細(xì)管通道中。半電池在俯視圖中大致為矩形，但是在其角部處具有切除區(qū)域24。毛細(xì)管23可以是聚合物材料或適于焊接到注入的塑料的任何其它材料。

圖3是表示在整體歧管的制造期間電池堆的角部的橫截面?zhèn)纫晥D的圖，圖4是表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的圖3的電池堆的角部的頂部透視圖的圖。參考圖2、3和4，歧管芯30位于切除區(qū)域24附近，并且模板(未示出)被置于電池堆20和歧管芯30周圍。模板和歧管芯30之間的空間，以及電池堆20的邊緣和歧管芯30之間的空間限定了模腔25。在一個(gè)實(shí)施方式中，模腔25是環(huán)形的，圍繞歧管芯30。

在一個(gè)實(shí)施方式中，歧管芯30是限定了歧管腔的金屬管。然而應(yīng)當(dāng)理解，歧管芯30可以是實(shí)心的，并且可以由在熔融材料存在的情況下不變形的任何合適材料制成。替代地，可通過對(duì)完成的模具進(jìn)行機(jī)加工而形成歧管腔。

模板可以延伸到電池堆20的上方和下方，以分別形成整體的頂部端口31和整體的底部端口32。頂部端口31流體地連接到歧管芯30的第一端30A，底部端口32流體地連接到歧管芯30的第二端30B。在完成的蓄電池的使用期間，頂部端口31和底部端口32可以用于向電池堆20供應(yīng)電解質(zhì)，或從電池堆20接收電解質(zhì)。另外，模板可以構(gòu)造成限定多個(gè)翅片33。

參考圖3和圖4，銷(未示出，但與銷15相同)通過孔34插入，孔34從毛細(xì)管23的開口延伸穿過模腔25，穿過歧管芯30，并穿過模板的外壁(未示出)。銷的內(nèi)端與圖2的毛細(xì)管23的開口鄰接，從而封閉管23。銷的外端具有比內(nèi)端大的直徑。這種布置類似于在2010年2月25日公開的申請(qǐng)人的公開號(hào)為WO2010/020013的國際專利申請(qǐng)中描述的布置，并且其通過引用方式并入本文。每個(gè)銷的外端在模腔25和模板的外部，每個(gè)銷的內(nèi)端被接收在相應(yīng)的毛細(xì)管開口中。

在一個(gè)實(shí)施方式中，澆道35和澆口36連接到頂部端口31。澆道35流體地連接到模腔25的第一端25A，澆口36流體地連接到歧管芯30的第一端30A。此外，溢流槽37連接到底部端口32，底部端口32流體地連接到模腔25的第二端25B。澆道35、澆口36和溢流槽37可以由塑料制成以使得它們可以在模制過程之后被修整(trimmed)，從而將頂部端口31和底部端口32留在適當(dāng)位置中。

通過使熔融材料通過模腔25并進(jìn)入溢流槽37中來預(yù)熱鄰近模腔25的電池堆20的邊緣。一旦溢流槽37充滿熔融材料，模腔25就填充有熔融材料?？蛇x地，在中空歧管芯30的情況下，冷卻劑流體同時(shí)經(jīng)由澆口36進(jìn)入歧管芯30的第一端30A，并從歧管芯30的第二端30B離開，以冷卻銷。這可以降低銷將毛細(xì)管23熔化的可能性。在一個(gè)實(shí)施方式中，冷卻劑流體是空氣。

熔融材料可以是任何被加熱的聚合材料，例如聚乙烯或聚丙烯，當(dāng)在其熔融溫度之上時(shí)，其有效地與電極板21和毛細(xì)管23結(jié)合，如本領(lǐng)域中已知的。熔融材料結(jié)合到電極板21的暴露邊緣，并且在電極板21之間形成氣密密封。此外，熔融材料結(jié)合到從電極板21的邊緣延伸出來的每個(gè)毛細(xì)管23的外表面的周邊并在該周邊周圍形成氣密密封。

一旦電池堆20的邊緣被填充溢流槽37的熔融材料充分加熱，熔融材料就開始填充模腔25。應(yīng)當(dāng)理解，溢流槽37的尺寸可以改變以便控制預(yù)熱量。替代地，模腔25的第二端25B可以通過閥封閉，以便于模腔25的填充。

一旦熔融材料凝固形成模具，就移除銷和模板。此外，可以移除歧管芯30以形成歧管腔。一旦銷被移除，通道就在模具中顯露出來，該通道與毛細(xì)管開口流體連通。

接下來，可以修整并移除入口澆道35、澆口36和溢流槽37，并且堵塞整體歧管外側(cè)上的孔34。此外，歧管芯30的頂部端口31可以用塞子封閉。

圖5是表示在制造整體歧管之后的蓄電池40的側(cè)視圖的圖。如圖5中所示，澆道35、澆口36和溢流槽37已被移除，并且整體歧管的外側(cè)上的孔34已被堵塞，留下了由蓄電池40的相對(duì)兩側(cè)上的底部端口32形成的電解質(zhì)入口51和電解質(zhì)出口52。如虛線箭頭所示，電解質(zhì)經(jīng)由電解質(zhì)入口51進(jìn)入蓄電池40，并且經(jīng)由電解質(zhì)出口52從蓄電池40離開，或反之亦然。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，電解質(zhì)可以利用任何合適的端口31、32進(jìn)入或離開電池堆20。

因?yàn)槟＞叩暮艽笠徊糠钟呻姵囟?0的嵌入塑料部件(包括電極板21和隔板22的邊緣以及毛細(xì)管23)構(gòu)成，并且這些部件包括軟的、低強(qiáng)度且多孔的塑料，所以可能不能施加足夠的壓力或溫度來將注入的塑料結(jié)合到嵌入塑料部件，除非嵌入塑料部件被預(yù)熱。

如果用熱空氣預(yù)熱嵌入的塑料，則密封毛細(xì)管的銷也變熱并且可能使毛細(xì)管23熔化，導(dǎo)致管23在注射過程中毀壞。為了防止這個(gè)問題，可以通過使用中空的歧管來在空氣預(yù)熱期間同時(shí)冷卻銷，其中冷空氣可以在空氣預(yù)熱操作期間降低銷的溫度。這種利用空氣的預(yù)熱允許模制在足夠低的壓力下成功，使得嵌入塑料部件不變形，并且注入的材料不會(huì)越過嵌入塑料部件或在嵌入塑料部件之間逸出。

然而，空氣預(yù)熱過程可能顯著減慢模制過程并使所需機(jī)械復(fù)雜化。因此，本發(fā)明的用于預(yù)熱嵌入塑料部件的優(yōu)選方法包括上述注入熔融材料使其通過模腔并進(jìn)入溢流室(或通過具有可關(guān)閉的閥的出口離開)的過程。因此，注入的熔融材料本身可以用于預(yù)熱嵌入塑料部件。

在流過階段的過程中，壓力非常低，約小于10巴。該壓力可以通過改變溫度、注射速率或入口流量限制的注射參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以通過改變出口限制來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在流過的過程中增大模腔中的壓力將增大向嵌入塑料部件的熱傳遞，并減小必須流過嵌入塑料部件以將該部件加熱到使該部件充分地結(jié)合到注射的塑料所需的溫度的材料的體積。

此外，因?yàn)榕c空氣預(yù)熱相比，流過階段在相對(duì)短的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生，所以上述銷冷卻過程不是必需的。例如，有效的空氣預(yù)熱可能需要1到5分鐘；然而流過過程可能在幾分之一秒內(nèi)發(fā)生，至多在約10秒內(nèi)發(fā)生。

圖6是概括根據(jù)本發(fā)明的形成整體歧管的方法的流程圖60。在步驟61，鄰近電池堆20形成模腔25，其中模腔25通向電池堆20的電池的毛細(xì)管開口23。在步驟62，將多個(gè)銷定位在模腔25中，銷的端部區(qū)域與毛細(xì)管開口鄰接。在步驟63，通過使熔融材料進(jìn)入模腔25的第一端25A并從模腔25的第二端25B離開，預(yù)熱模腔。最后在步驟64，用熔融材料填充模腔25。

也可以通過改變?cè)试S流過模腔25的材料的量來調(diào)節(jié)流過預(yù)熱的量，這可以通過調(diào)節(jié)溢流槽37的室容積或調(diào)節(jié)位于模腔25的第二端25B處的閥(未示出)的關(guān)閉時(shí)機(jī)來進(jìn)行。當(dāng)溢流槽37充滿或閥關(guān)閉時(shí)，則模腔25中的壓力增加并完全填充在溢流過程中沒有填充的任何部分或空隙。使用該方法，如果使用足夠的預(yù)熱，在熔融材料的注入期間在模腔25內(nèi)的壓力可以為30巴或低至20巴。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括通過使熔融材料通過模腔來預(yù)熱電池堆的邊緣的能力，其能夠改善熔融材料與電池堆邊緣和毛細(xì)管的結(jié)合。此外，電解質(zhì)入口和出口與歧管芯整體形成，這進(jìn)一步減小了泄漏的可能性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于整體形成的電解質(zhì)入口和出口，可以減小蓄電池的高度。

此外，通過預(yù)熱電池堆的嵌入塑料部件，比用于標(biāo)準(zhǔn)嵌入成型的溫度更低的注射溫度是可能的，同時(shí)仍然獲得在注入材料和嵌入部件之間的良好結(jié)合。如果使用高的注射溫度，則注射的塑料的較低粘度使得密封嵌入部件更加困難，并且可能在嵌入部件之間或經(jīng)過嵌入部件發(fā)生注射材料的泄漏。

此外，快速預(yù)熱意味著更高的壓力和溫度是可能的。如果使用熱空氣預(yù)熱，則較長的加熱時(shí)間不僅可能預(yù)熱嵌入部件的表面，而且還可能更深入地加熱那些部件。這可能導(dǎo)致部件失去強(qiáng)度和剛度，并且降低了在部件變形以允許注射材料泄漏之前的可能的最大注射壓力。由于嵌入部件的初始強(qiáng)度和剛度較高，所以如果預(yù)熱快速發(fā)生，例如在流過預(yù)熱的情況下，可以使用較高的注射溫度。較高的壓力和溫度允許改善模腔的其余部分的填充，并且還減少收縮量，因此改善了成品部件在冷卻時(shí)的尺寸公差。

此外，使熔融材料流過模腔的過程具有把氧化物或外來污染物從嵌入塑料部件的暴露表面清除掉的附加益處，如果存在氧化物或外來污染物，會(huì)使得結(jié)合更加困難。例如，用空氣預(yù)熱通常不會(huì)除去這些污染物。

出于對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員進(jìn)行描述的目的，提供了本發(fā)明的各種實(shí)施方式的以上描述，其并不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制于單個(gè)披露的實(shí)施方式。如上所述，本發(fā)明的許多替代和變化對(duì)于受到上述教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，雖然已經(jīng)具體討論了一些替代實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白或相對(duì)容易地研究出其他實(shí)施方式。本專利說明書旨在涵蓋本文已經(jīng)討論的本發(fā)明的所有替代、修改和變化，以及落入上述發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的其它實(shí)施方式。