专利名称：用于机动车的铅酸蓄电池的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于机动车的铅酸蓄电池，更具体地，本发明涉及一种用于机动车的铅酸蓄电池，该铅酸蓄电池最优化设计了结构、以及正极板(或电极)和负极板(或电极)的用于化成充电(formationcharging)等的安培小时(“AH”)，由此提高了蓄电池寿命，并且减轻了蓄电池重量。
背景技术：
当启动汽车时，机动车电池依靠二次(或可充电的)电池，通过其放电，用作点火、照明等的电源。而且，当驱动汽车时，由交流发电机或发电机产生的电流对蓄电池进行再充电。目前，铅酸蓄电池是最广泛应用的机动车蓄电池。
铅酸蓄电池中最重要的部件之一就是极板，即正极板和负极板，该极板是由重力浇注技术和扩展栅板浇注(expanded grid casting)技术制造的。依据重力浇注技术，当由铅(Pb)、钙(Ca)等制得的熔融合金凭借其重量注入到位于下部的浇注机模具中时，浇注机模具内的冷却水使高温合金铅冷却下来，从而制得极板。依据扩展栅板浇注技术，首先使熔融合金冷却下来形成薄圈式(thin coil type)条板，再用切割机在条板表面以一定距离切剪成多个切口，然后在两端用扩展器拉伸，从而连续制得在其上形成菱形栅格的极板。
重力浇注法的优点在于，极板的内部栅格可以构造成各种样式并且可以形成边框，从而获得极好的耐用性。然而，它的缺点是，由于间歇浇注过程而使生产力降低。另一方面，扩展栅板浇注法的优点在于，可以使用薄圈式条板连续制造极板，由此增加了生产力。然而，它的缺点在于，极板的内部栅格形状局限于菱形并且不能形成边框，由此使得极板容易因外部震动而变形。
在极板的制造过程中，极板一般进行化成处理(formation process)。这个化成处理是指将电能转化成化学能以储存电流的处理。在极板的化成过程中，正极板变成褐色多孔的二氧化铅(PbO2)电极成为稳定状态，而负极板变成灰色的纯海绵铅(Pb)电极从而与空气中的氧气极快地反应。
当把二氧化铅电极和海绵铅电极浸入到由硫酸(H2SO4)制得的电解液中时，通过电化学反应效能在两个电极之间产生一定电压。产生的电压量依赖用于化成充电的AH，它是确定电池性能的重要因素。假定产生所需的2.041V电压，需要的极板化成充电的理论AH是100％，鉴于电阻会使用于化成充电的AH损失，所以实际上将极板设计为具有大约250％至260％的用于化成充电的AH。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于机动车的铅酸蓄电池，所设计的该铅酸蓄电池经过多次试验和样品制造而优化了上述性能决定因素，从而改善了电池的耐用性，并且减轻了电池的重量。
为了实现上述目的，根据本发明的用于机动车的铅酸蓄电池包括内部由多个隔板分成多个分离电池的箱、在每个电池中相交错的多个正极板和多个负极板。隔板以如下方式置于正极板与负极板之间用隔板将一种极性的各个极板与相邻的相反极性的极板隔开，并且用电解液充满每个电池的剩余空间。正极板包括形成于一侧的上框，该上框具有向上突起的突耳；与上框平行安置的下框；与上框和下框的两端相连的边框，并由此形成方形框架，该框架的四角是弧形的以避免损坏隔板；和位于方形框架内多个放射状的内部栅格，正极板的厚度为1.55mm至1.65mm。
此外，正极板可以优选通过重力浇注法制造。
同样优选地，负极板可以包括形成于一侧的上框，该上框具有向上突起的突耳；与上框平行安置的下框；和位于上框与下框之间多个菱形的内部栅格，负极板的厚度为1.55mm至1.65mm。
负极板可以优选通过扩展栅板浇注法制造。
优选地，正极板和负极板用于化成充电的AH为220％至240％。
本发明的上述和其他目的、特征和优点，在结合附图和以下对本发明优选实施方式的详细说明之后，将是显而易见的，其中图1是根据本发明用于机动车的铅酸蓄电池的正极板前视图；图2是根据本发明用于机动车的铅酸蓄电池的负极板前视图。
具体实施例方式
在此将根据附图对本发明的优选实施方式提供详细参考。
图1为根据本发明用于机动车的铅酸蓄电池的正极板前视图；而图2为根据本发明用于机动车的铅酸蓄电池的负极板前视图。
本发明最重要的技术特征在于正极板的构造，下面根据图1对其进行说明。
参考图1，根据本发明的正极板20包括形成在一侧的上框21，该上框21具有向上突起的突耳；与上框21平行安置的下框23；与上框21和下框23的两端相连而由此形成方形框架的边框25。在上框21上，附有突耳29，它用作通过电化学反应收集电子的通路。突耳29可以沿着上框的纵向方向位于上框21的中央，上框21中央附近(参见图1)，或者位于上框的边缘。在这其中，对于电子的收集来说，突耳最优选位于上框的中央，但是为了便于蓄电池组装，典型地位于上框21中央附近。
在正极板20上形成边框25。如果省略这个边框25，则减弱了对施加在正极板20上向上和向下冲击的抵抗力，因此在驾驶汽车时，正极板20可能会因为产生的外部冲击而变形，这促成蓄电池性能的衰退。根据如上所述的扩展栅板浇注法，由于薄圈式条板连续推进形成多孔板，所以不可能制造边框。因此，需要重力浇注法为正极板20制造边框。
此外，在正极板20的结构中，由上框21、下框23和边框25组成的方形框架有四个弧形的角。其目的在于当正极板20和负极板40因外部冲击而与隔板冲撞时，避免因极板尖角而使安置在极板20与40之间的隔板(未示于附图)损坏。如果隔板破损，则存在正极板20与负极板40短路的危险。因此，通过使正极板20的四个角圆滑，可以避免短路。
此外，根据本发明的正极板20构造成具有放射状的内部栅格结构。正极板20的内部栅格结构可以具有如图1所示的放射形状、图2所示的菱形、或者矩形(未示于附图)。在这其中，正极板20的内部栅格优选具有放射形状，从而获得增加的电子收集效率、降低的电阻和优异的电性能。除此之外，内部栅格的放射形状提高了充电承受性并且延长了蓄电池的寿命。如上所述的扩展栅板浇注法仅仅能提供菱形的内部栅格结构。因此，为了使正极板20的内部栅格结构为放射形状，本发明的这个实施方式采用重力浇注法。
如上所述，在本实施方式中，优选为正极板20形成边框25，并且用重力浇注法为正极板制造放射形状的内部栅格。这就意味着本发明采用两种极板制造方法的重力浇注模具，该重力浇注模具目前已商品化。还可以通过其他方法制造边框25和放射状内部栅格。而且，根据重力浇注法，改善了耐热性和耐腐蚀性，由此进一步使蓄电池寿命延长。
根据本发明，正极板20中最特殊的特征在于它的厚度。本发明的一个目的是要减轻蓄电池的重量。通过减少极板的厚度来实现这个目的。按照惯例，正极板的厚度典型为1.7mm。在本发明的这个实施方式中，正极板20的最优化厚度显示出至少与传统极板相同的性能，其中正极板20的最优化厚度处于1.55mm到1.65mm之间的范围。
当正极板20的厚度小于1.55mm时，其用于化成充电的AH非常低，即粘附在正极板上的活性物质二氧化铅(PbO2)的量非常少，从而不能产生所需要的电压(2.041V)，因此使蓄电池的性能衰退。另一方面，当正极板20的厚度大于1.65mm时，通过化成处理，在正极板20上粘附的活性物质远多于产生所需电压需要的量，这样是不经济的。因此，当正极板20的厚度在1.55mm至1.65mm时，能够最优化地利用所需的活性物质以产生所需要的电压，由此确保最大的蓄电池效率。
图2中，根据本发明的负极板40包括上框41、下框43、和多个内部栅格45。具有向上突起的突耳47的上框41形成于一侧。下框43与上框41平行安置，而多个栅格45位于上框41与下框43之间。每个栅格45均为菱形。
负极板40可以这样构成为负极板40提供边框，并且象正极板20一样形成放射形状的内部栅格45。然而，为了这个目的，应当通过重力浇注法制造负极板40。然而，在所有极板都由重力浇注法制造的情况下，由于重力浇注法涉及间歇处理的局限性，导致它们的生产力降低。因此，本发明的实施方式仅在制造负极板40时使用扩展栅板浇注法，以补偿由于制造正极板20而减低的生产力。换而言之，鉴于蓄电池寿命、极板的电性能和生产力，本发明的实施方式分别采用重力浇注法制造正极板20，采用扩展栅板浇注法制造负极板40。
负极板40的厚度优选与正极板20的厚度相类似，处于1.55mm至1.65mm之间。其原因在于极板的厚度与制造方法无关，即使在使用活性物质海棉铅来制造负极板40的情况下，上述厚度范围用于产生所需电压是最有效的。负极板40这种厚度范围的关键性意义与正极板20的一样。
最后，根据本发明，能够减少用于正极板20和负极板40化成充电的AH，使得制造成本也被降低。极板的化成处理是要使电能转化成化学能，并由此储存电流。
由于在极板化成过程中发生这个能量转化，正极板20变成褐色多孔二氧化铅(PbO2)电极以成为稳定状态，并且负极板40变成灰色纯海绵铅(Pb)电极。
正如可以从上述背景技术中看到的，假定用于极板化成充电以产生所需2.041V电压所必需的理论AH为100％，鉴于电流损失等，实际上将极板设计成具有大约250％至260％的用于化成充电的AH。
然而，根据本发明，通过最优化设计正极板20和负极板40的内部栅格形状和厚度，能够最有效地利用正极板20和负极板40。因此，如果用于正极板20和负极板40化成充电的AH在220％到240％的范围之内，也能够产生所需要的电压。即，正极板20和负极板40厚度的减少，能够使同一电池空间中额外安置一个或多个极板。由此，增加了同一个电池空间中极板的密度，即使以较低的AH用于化成充电，这也能够产生所需电压。虽然极板的密度增加了，但是如果用于化成充电的AH少于220％，极板活性物质的分量会缺乏，从而没有产生所需的电压。另一方面，如果用于化成充电的AH多于240％，在极板上粘附了过量的活性物质，这在制造成本方面是不经济的。
下面更详细地说明本发明的优选实施方式。
实施例和比较例本发明是要通过如上所述最优化地设计蓄电池的构造，在显示出至少与传统蓄电池相同性能的同时，减少蓄电池的制造成本、重量等，并且提高蓄电池寿命。为了证明这个事实，进行下面的性能测试。
在该实施方式中，使用由Global Battery Co.，Ltd制造的名为“GLBAL 4500R”型铅酸蓄电池，并且将其安装在由HYUNDAIMOTOR COMPANY(现代汽车公司)制造的一种轿车EQUUS中进行性能测试。这个铅酸蓄电池使用均由扩展栅板浇注法制造的正极板和负极板。正极板和负极板没有边框，且具有菱形内部栅格结构，并且基本上具有250％的用于化成充电的AH。另一方面，根据本发明的铅酸蓄电池，使用由重力浇注法制造的，且具有边框和放射状内部栅格的正极板。该铅酸蓄电池使用的负极板是由传统的扩展栅板浇注法制造的。在这种情况下，制得的正极板和负极板厚度为1.60mm，并且与传统的极板相比减少用于化成充电的AH为230％。两种如上所述的铅酸蓄电池使用的性能测试，是为了测量电压(V)、冷起动电流(CCA)、备用容量(RC)、5小时功率(5HR)容量、充电承受性、耐用性、重量等，所有这些都是蓄电池的性能需求。测量结果示于下表。
表
正如表中所看到的，与传统现有技术相比，在本发明中，重量减少了0.9kg，并且通过为正极板提供边框提高了蓄电池寿命，同时显示出与传统现有技术相同的性能。用于注释，CCA是指在18℃的起动电流，其意味着在冬季平稳起动汽车发动机所需要的电流。RC代表在25℃铅酸蓄电池可以传递25安培并且连续放电直到终端电压达到10.5V所经过的时间(分钟表示)。5HR容量代表蓄电池可以连续放电直到终端电压达到10.5V所经过时间(5小时)的容量。
如上所述，根据本发明用于机动车的铅酸蓄电池，进一步改善了蓄电池的耐用性，并且减少了其重量，同时保持与传统蓄电池相同的性能，由此有助于改善燃料消耗速度。此外，减少了蓄电池用于化成充电的AH，由此导致制造成本的减少。
尽管通过具体例证性的实施方式已经对本发明进行了说明，但是本发明并不限制于该实施方式，而是由附加的权利要求所限定。在不脱离本发明的范围和精神下，本领域技术人员可以对该实施方式进行改变和修改。
权利要求
1.一种用于机动车的铅酸蓄电池，所述铅酸蓄电池包括内部由多个隔板分成多个分离电池的箱，在每个电池中相交错的多个正极板和多个负极板，用于将一种极性的各个极板与相邻的相反极性的极板隔开而置于正极板与负极板之间的隔板，和充满每个电池剩余空间的电解液，其中所述正极板包括形成于一侧的上框，该上框具有向上突起的突耳；与上框平行安置的下框；与上框和下框的两端相连的边框，并由此形成方形框架，该框架的四角是弧形的以避免损坏隔板；和位于方形框架内多个放射状的内部栅格，所述正极板的厚度为1.55mm至1.65mm。
2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述正极板通过重力浇注法制造。
3.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述负极板包括形成于一侧的上框，该上框具有向上突起的突耳；与上框平行安置的下框；和位于上框与下框之间多个菱形的内部栅格，所述负极板的厚度为1.55mm至1.65mm。
4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池，其中所述负极板由扩展栅板浇注法制造。
5.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池，其中所述正极板和负极板用于化成充电的AH为220％至240％。
全文摘要
本发明提供了一种机动车铅酸蓄电池，它包括内部由多个隔板分成多个分离电池的箱、在每个电池中相交错的多个正极板和多个负极板。在正极板与负极板之间放置隔板以隔开它们。用电解液充满每个电池的剩余空间。正极板包括形成在一侧的，具有向上突起的突耳的上框，与上框平行安置的下框，与上框和下框的两端相连的边框，由此形成具有四个弧形角的方形框架，以避免损坏隔板。多个内部栅格设置于方形框架内部，并且具有放射状。
文档编号H01M4/16GK1783565SQ20051007522
公开日2006年6月7日 申请日期2005年6月7日 优先权日2004年12月3日
发明者张淳起 申请人:现代自动车株式会社