專利名稱：新型蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于對鉛鋅蓄電池的改進(jìn)。
蓄電池是一種重要的能源貯存裝置，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、交通各個(gè)領(lǐng)域。由于其使用方便，能量釋放過程中污染小，而倍受歡迎。長期以來人們希望它能做為主要?jiǎng)恿眚?qū)動(dòng)車輛和機(jī)械裝置，但由于其充電速度慢，電極板的使用壽命短和重量太大而限制了使用范圍，特別是做為長距離運(yùn)行的車輛動(dòng)力既不經(jīng)濟(jì)，又無靈活性。眾多企業(yè)家一直想把蓄電池應(yīng)用在普通代步車上，也均因無法解決其能量補(bǔ)充和使用壽命太短的問題而被迫中止。目前為止，鉛鋅蓄電池也只能做為短距離車輛和裝置的動(dòng)力源，真正起到動(dòng)力電源作用僅限于小功率應(yīng)用場合，絕大多數(shù)還是用來做備用、應(yīng)急或啟動(dòng)電源。如何解決鉛鋅蓄電池的壽命、容量和快速補(bǔ)充能量，一直是技術(shù)界長期希望解決而沒有解決的問題。
本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種蓄電池的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)快速充電，大容量存貯電能和大電流釋放電能，同時(shí)保證電極板壽命，為電動(dòng)自行車、摩托車、汽車及其類型運(yùn)輸工具提供經(jīng)濟(jì)、可靠的動(dòng)力電源。
鉛鋅蓄電池存貯的能量主要取決于電解液的配比和容量。鉛鋅電極板的表面積則決定平蓄電池方放電能力的大小，有效地?cái)U(kuò)大以上兩個(gè)參數(shù)當(dāng)然是蓄電池改進(jìn)的兩個(gè)重要內(nèi)容。蓄電池的壽命主要取決于極板的壽命，如果以小電流長時(shí)間實(shí)現(xiàn)充電，當(dāng)然可以延長極板壽命，但很不實(shí)用。特別是對運(yùn)距離運(yùn)輸或代步車輛，如果每次使用后都需要十幾個(gè)小時(shí)，甚至二十幾個(gè)小時(shí)的充電才能恢復(fù)正常能量供給顯然是十分不方便的。如果快速大電流充電雖可節(jié)約時(shí)間，而鉛鋅電極板會(huì)受大電流沖擊損傷很快松疏而脫落，從而壽命降低。所以，延長極板壽命是改進(jìn)的主要目標(biāo)之一。
本設(shè)計(jì)中將蓄電池殼設(shè)計(jì)成兩個(gè)分立的部分，一部分稱為極板間，一部分稱為貯液間，極板間主要根據(jù)其充放電的電流來確定容量。而貯液間則根據(jù)安培時(shí)參數(shù)來確定容量，并根據(jù)所應(yīng)用的場合、車輛的種類及連續(xù)行駛距離，具體設(shè)計(jì)空間形狀和容積。極板間是用來完成全部電解液的快速荷電及放電過程。貯液間是用來存貯可荷一定電量的電解液，從而擴(kuò)大整個(gè)蓄電池的電容量。在整個(gè)工作過程中，極板間電解液能量釋放到一定程度后，貯液間的電解液就會(huì)補(bǔ)充進(jìn)去，保證蓄電池電壓與電流的持續(xù)穩(wěn)定，直至整個(gè)電解液能量釋放完畢。充電時(shí)，在極板間完成荷電，同時(shí)貯液間的電解液不斷循環(huán)注入，于是整個(gè)極板間和貯液間中的電解液都充足電能。為實(shí)現(xiàn)以上的功能，蓄電池的極板間和貯液間借助電解液循環(huán)通道相連通。在電解液通道中間設(shè)置微型循環(huán)泵，借助泵產(chǎn)生的壓力，電解液經(jīng)過循環(huán)通道實(shí)現(xiàn)極板間和貯液間之間的循環(huán)補(bǔ)充。在整個(gè)設(shè)計(jì)中還設(shè)置與循環(huán)泵配套的低壓啟動(dòng)控制電路。該電路在輸出電壓降低到額定值時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)微型循環(huán)泵以實(shí)現(xiàn)電解液的循環(huán)補(bǔ)充。在充電過程中它會(huì)持續(xù)工作直至全部電解液荷電完成。鉛鋅電極板設(shè)置在極板間。
采用單設(shè)貯液間的方式可以有效地?cái)U(kuò)大蓄電池的貯能并保證放電過程的高品質(zhì)參數(shù)，如果進(jìn)一步在有限的空間內(nèi)增大鉛鋅極板的表面積和增強(qiáng)其對抗充電大電流的能力則就能有效地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。因而采用新型電極板結(jié)構(gòu)是本設(shè)計(jì)的又一關(guān)鍵。具體方案是將鉛鋅合金與蜂窩陶瓷板通過澆鑄復(fù)合形成一體式的復(fù)合片狀結(jié)構(gòu)，以替代普通片狀結(jié)構(gòu)的鉛鋅電極板。鉛鋅合金在復(fù)合澆鑄時(shí)會(huì)鑲?cè)胩沾砂孱A(yù)置槽孔之中，并滲入陶瓷板的蜂窩微孔結(jié)構(gòu)中，因而大大增加了其表面積，由于蜂窩陶瓷板具有很強(qiáng)的支撐加強(qiáng)作用，進(jìn)而防止了鉛鋅合金在大電流充電時(shí)可能發(fā)生的疏松脫落，從而可以極大地延長極板的壽命，并使大電流快速充電變?yōu)榭赡堋?br> 以上兩部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的改進(jìn)可使本實(shí)用新型目的得以實(shí)現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的目的是如何實(shí)現(xiàn)的

圖1為新型蓄電池整體結(jié)構(gòu)示意圖(正面剖視)。
圖2為圖1的A-A向半剖視圖。
圖3為圖1的B-B向半剖視圖。
圖4為復(fù)合電極板中蜂窩陶瓷板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4左視圖。
圖6為圖4俯視圖圖7為復(fù)片式電極板的結(jié)構(gòu)示意圖(局部剖視圖)。
圖8為低壓啟動(dòng)控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖9為低壓啟動(dòng)控制電路的電原理圖。
其中1為蓄電池的殼體，2為密封殼蓋，2A代表設(shè)在殼蓋上的正電極，2B代表設(shè)在殼蓋上的負(fù)電極，2C代表通氣孔，3代表密封膠圈，4代表緊固螺釘，5代表復(fù)合式電極板，6代表電極板卡槽，7代表微型循環(huán)泵，8代表設(shè)置在殼體上的循環(huán)泵孔座，9代表電解液，9A代表設(shè)在殼件2上的電解液循環(huán)管道，10代表起到電解液循環(huán)通道作用的回流孔，11代表蜂窩陶瓷板，12代表蜂窩陶瓷板上均布的通孔，13為連接通孔12的溝槽，14代表蜂窩狀微孔，11A為陶瓷板外表面，11B為內(nèi)表面，15代表鉛鋅合金，J代表繼電器，A為采樣電路，B為標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)定電路，C為信號處理電路，D為執(zhí)行電路。
圖1所給出的是極板間和貯液間制成一體式的新型蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖。蓄電池殼結(jié)構(gòu)中包括殼體1和密封殼蓋2兩部分。殼體1與殼蓋2之間設(shè)有密封圈3。殼體的極板間部分設(shè)置有極板卡槽6，主要用來固定設(shè)在其中的復(fù)合電極板5。殼蓋之上設(shè)正、負(fù)電極柱2A，2B和通氣孔2C，殼蓋2與殼體1借助緊固螺釘4組合成為一體形成密封式蓄電池殼。在一體式結(jié)構(gòu)中微型循環(huán)泵7可直接設(shè)置在殼體2的預(yù)留孔座8內(nèi)，并利用設(shè)置在殼體2上的回流孔10和管道9A做為電解液循環(huán)通道。微型循環(huán)泵7啟動(dòng)后可以形成電解液在極板間和貯液間循環(huán)補(bǔ)充。當(dāng)然也可以將殼件2制成分離式的極板間和貯液間兩部分，此時(shí)循環(huán)泵獨(dú)立設(shè)置在殼體之外，另設(shè)循環(huán)液管路連接分離的兩部分。分離式結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于較大型的運(yùn)輸車輛，根據(jù)具體情況設(shè)定貯液間的位置、形狀和容積。
微型循環(huán)泵7僅在電池電壓下降到一定數(shù)值時(shí)才啟動(dòng)。當(dāng)蓄電池電壓恢復(fù)至正常值后泵自動(dòng)停止。從附圖8、9可以看出該部分電路的設(shè)計(jì)思想。這部分電路由電壓采樣電路A，標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)定電路B，信號處理電路C，執(zhí)行電路D四部分組成。采樣電路直接從蓄電池外電極接線柱上采樣，并將采樣電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓同時(shí)送至信號處理電路C。經(jīng)處理后的觸發(fā)信號自信號處理電路C發(fā)出觸發(fā)信號引至執(zhí)行電路D。在執(zhí)行電路D中設(shè)定執(zhí)行繼電器J的一組常開觸點(diǎn)控制循環(huán)泵7的電源供給通路。這樣當(dāng)電壓下降到所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓以下時(shí)，信號處理電路C就發(fā)出觸發(fā)信號，使執(zhí)行電路D啟動(dòng)繼電器J，接通泵電源，向極板間補(bǔ)充能量，直至達(dá)到正常工作電壓為止。執(zhí)行電路4重新切斷泵7電源，蓄電池又進(jìn)入常規(guī)工作狀態(tài)。為避免循環(huán)泵7在電壓臨界值產(chǎn)生頻繁啟動(dòng)，繼電器J可接成自閉鎖式線路，增設(shè)延時(shí)電路來切斷繼電器線包的供給電源，從而使循環(huán)泵的工作時(shí)間穩(wěn)定在一個(gè)給定的時(shí)間常數(shù)之內(nèi)，從而避免出現(xiàn)頻繁啟動(dòng)。
圖9所給出的是一個(gè)低壓啟動(dòng)控制電路的一個(gè)實(shí)施例簡化電原理圖。其中由電阻R1R2組成分壓采樣電路A，由穩(wěn)壓塊IC1、電阻R3、電位器W1，組成標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)定電路B，由運(yùn)算放大器IC2構(gòu)成信號處理電路C，由三極管BG1、繼電器J組成執(zhí)行電路D，采樣信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓同時(shí)輸入IC1，由運(yùn)放IC2輸出觸發(fā)啟動(dòng)信號加至BG1的基極，由J1-1控制泵的電源。
新型蓄電池電極板的結(jié)構(gòu)是本實(shí)用新型的又一關(guān)鍵。以上的結(jié)構(gòu)能擴(kuò)充蓄電池的蓄能量，工作電壓的長時(shí)間和穩(wěn)定性，而新的極板結(jié)構(gòu)是用來保證快速充電條件下極板的壽命以及同樣體積下極板表面的增加。普通蓄電池是鉛鋅合金的片狀結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中的電板板采用鉛鋅合金15與蜂窩陶瓷板11澆鑄復(fù)合而成的片狀結(jié)構(gòu)。使用時(shí)復(fù)合式片狀電極板5裝卡在蓄電池殼內(nèi)的卡槽6上，浸在電解液9之中，蜂窩陶瓷板11為平面形，內(nèi)部均布蜂窩微孔14，整體均布通孔12，外表面11A為光面，內(nèi)表面11B上均布溝槽連通通孔14形成網(wǎng)槽點(diǎn)陣式結(jié)構(gòu)。鉛鋅合金15主要與陶瓷板11的內(nèi)平面11B復(fù)合形成電極板平整的內(nèi)平面。網(wǎng)槽點(diǎn)陣式結(jié)構(gòu)可以加大復(fù)合接觸面積，增強(qiáng)陶瓷板對鉛鋅合金的強(qiáng)化支撐作用。鉛鋅合金可在澆鑄復(fù)合時(shí)除內(nèi)表面溝槽外還充滿均布的通孔12，形成鉛鋅極板柱，另外還滲入蜂窩狀微孔14從而構(gòu)成單片式電極板。這種電極加大了與電解液接觸的表面積。特別是支撐陶瓷板11的作用可以有效地防止大電流沖擊下引起的鉛鋅合金的松疏和脫落，極大地延長極板的使用壽命。為進(jìn)一步強(qiáng)化鉛鋅合金的壽命往往將兩塊單片式的復(fù)合電極板內(nèi)平面相對組成復(fù)片式電極板。如圖6所示。這種復(fù)片式電極板可以象單片式復(fù)合電極板一樣，由兩個(gè)單片式電極板對合而成，也可以一次澆鑄成型為一體式復(fù)片式電極板。具體可以取兩塊蜂窩陶瓷板11兩內(nèi)平面11B留有一定距離設(shè)定位置(留下鉛鋅合金的間隙)。然后澆鑄鉛鋅合金即可制成。這種復(fù)片式電極板具有更大的表面積和抗強(qiáng)電流的能力。
將陶瓷復(fù)合電極板裝入上述的極板間卡槽6中即構(gòu)成本實(shí)用新型的完整設(shè)計(jì)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)制成的新式蓄電池，充電時(shí)電流值可加大20倍，也就是說使充電時(shí)間縮短15-20倍左右，使用壽命可高達(dá)5萬小時(shí)，充放電次數(shù)大于8000次。可以根本克服目前蓄電池存在的嚴(yán)重缺陷，滿足車載動(dòng)力蓄電池經(jīng)濟(jì)、耐用和大容量的基本要求，特別是可按以上設(shè)計(jì)制成標(biāo)準(zhǔn)模塊式積木系列產(chǎn)品，以滿足各類車輛的需要，從而使電瓶自行車、摩托車、汽車成為現(xiàn)實(shí)。
權(quán)利要求1.一種新型蓄電池，由蓄電池殼(1、2)，電解液9及設(shè)置在電解液中的鉛鋅電極板5組成，其特征在于a、蓄電池殼(1、2)分為極板間和貯液間兩部分，兩部分借助電解液循環(huán)通道(9A、10)連通，b、在電解液通道中間設(shè)置微型循環(huán)泵7，c、整個(gè)機(jī)構(gòu)中還設(shè)置與微型循環(huán)泵7配套的低壓啟動(dòng)控制電路，鉛鋅電極板5設(shè)置在極板間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的新型蓄電池，其特征在于蓄電池殼結(jié)構(gòu)包括殼體1和密封殼蓋2，在殼體1與殼蓋2之間設(shè)有耐酸密封圈3，殼體的極板間部分設(shè)置有極板卡槽6，殼蓋2上設(shè)有正負(fù)電極柱(2A，2B)和通氣孔2e，殼蓋2和殼體1借助緊固螺釘4組合為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的新型蓄電池，其特征在于蓄電池殼(1，2)可制成極板間和貯液間一體結(jié)構(gòu)，微型循環(huán)泵7設(shè)置在殼體2的預(yù)留孔座8位置內(nèi)，并利用設(shè)置在殼體上回流孔和管道9A做為電解液循環(huán)通道，也可將蓄電池殼制成極板間和貯液間分離的兩部分。外設(shè)循環(huán)泵及循環(huán)電解液管道，連通分離的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的新型蓄電池，其特征在于低壓啟動(dòng)控制電路由電壓采樣電路A，標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)定電路B，信號處理電路C和執(zhí)行電路D組成，采樣電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓同時(shí)送入信號處理電路C，觸發(fā)信號自信號處理電路引出至執(zhí)行電路D，執(zhí)行電路D中設(shè)定執(zhí)行繼電器J，繼電器J的一組常開觸點(diǎn)控制循環(huán)泵7的電源供給電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所說的新型蓄電池，其特征在于低壓啟動(dòng)控制電路具體由電阻R1、R2組成分壓采樣電路A，由穩(wěn)壓塊IC1，電阻R3，電位器W1組成標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)定電路B，由運(yùn)算放大器IC2構(gòu)成信號處理電路C，由三極管BG1，繼電器J組成執(zhí)行電路D。采樣信號與標(biāo)準(zhǔn)電壓同時(shí)輸入IC1，由運(yùn)放IC2輸出觸發(fā)啟動(dòng)信號加至BG1的基板，由Ji-1控制泵的電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的新型蓄電池，其特征在于該電極板是鉛鋅合金15與蜂窩陶瓷板11澆鑄復(fù)合成形的片狀結(jié)狀，使用時(shí)裝卡在蓄電池殼極板卡槽6上，浸沒在電解液9中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所說的新型蓄電池，其特征在于蜂窩陶瓷板11為平面形，內(nèi)部均布蜂窩狀微孔14，整體均布通孔12，外殼面11A為光平面，內(nèi)表面11B均布溝槽連通通孔12形成網(wǎng)槽狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所說的新型蓄電池，其特征在于鉛鋅合金15與蜂窩陶瓷板11槽網(wǎng)狀點(diǎn)陣內(nèi)表面11B復(fù)合形成該電極板的平整內(nèi)平面、鉛鋅合金15充滿于蜂窩狀微孔14和通孔12之中，構(gòu)成單片陶瓷復(fù)合式電極板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所說的新型蓄電池，其特征在于蓄電池的電極板由兩塊單片式電極板內(nèi)表面相對組成復(fù)片式電極板。
10.根據(jù)權(quán)利要求8、9所說的新型蓄電池，其特征在于復(fù)片式電極板可以設(shè)定兩塊蜂窩陶瓷板11一次澆鑄鉛鋅合金15形成一體式結(jié)構(gòu)的復(fù)式電極板。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種新型蓄電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中包括由貯液間、極板間組成的蓄電池殼結(jié)構(gòu)和連接極板間、貯液間的電解液循環(huán)通道和微型循環(huán)泵，以實(shí)現(xiàn)電解液充放電的循環(huán)補(bǔ)充，擴(kuò)大了電池容量，配套的復(fù)合片式鉛鋅電極板，由蜂窩陶瓷板上澆鑄鉛鋅合金而制成，具有耐強(qiáng)電流沖擊、不易疏松脫落的效果，從而大大延長了蓄電池的使用壽命，這樣的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)快速充放電，長時(shí)間運(yùn)行工作，使車用動(dòng)力蓄電池進(jìn)入實(shí)用階段。
文檔編號H01M10/04GK2252411SQ9520229
公開日1997年4月16日 申請日期1995年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月7日
發(fā)明者張寶義 申請人:張寶義