汇流连接结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种铅酸蓄电池的汇流连接结构，其所有汇流连接点和汇流体中，至少有一个或一部分处在所述铅酸蓄电池的电极所在的密封空间外。本实用新型还公开了铅酸蓄电池组的汇流连接结构，其所有汇流连接点、汇流体、电池间连接点和电池间连接体中，至少有一个或一部分处在所述铅酸蓄电池组的电极所在的密封空间外。本实用新型通过改进铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组的汇流连接结构，显著提高了铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组的大电流放电能力、汇流体及连接体的耐腐蚀能力、电池组的配组一致性、循环使用寿命、比能量等性能，有利于电池管理芯片在铅酸蓄电池或电池组中的应用。
【专利说明】
汇流连接结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及蓄电池和蓄电池组，特别是涉及铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组的汇流连接结构。
【背景技术】
[0002]目前获得广泛应用的铅酸蓄电池有平面板栅式铅酸蓄电池、管式铅酸蓄电池、卷绕式铅酸蓄电池，其它处于研究或试应用中的还有泡沫板栅铅酸蓄电池、超级电容器铅酸蓄电池、铅碳电池等。这些铅酸蓄电池在实际应用中又多以电池组的形式进行制造和使用。一般地，此铅酸蓄电池或铅酸蓄电组内集流体的汇流、电池间连接体与汇流体的连接点与电极共处于同一密封空间，因此，汇流体或电池间连接体的材料均采用对电极密封空间内硫酸溶液具有较强抗腐蚀作用(同时考虑易于铸、焊)、但密度大、电导率较低的铅或铅合金材料，其它密度小、电导率高但不耐酸的铝、铜等材料的使用受限。这样，一方面，限制了铅酸蓄电池的大电流放电能力、比能量等，另一方面，铅或铅合金材料长时间与硫酸溶液共处同一个密封空间，在多次的充放电过程后，表面也会发生较大程度的腐蚀，使得有效导电面积减少，较细的汇流体或电池连接体甚至发生断裂，从而使电池或电池组性能下降、寿命终止。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题之一是提供一种铅酸蓄电池的汇流连接结构，它可以明显提高铅酸蓄电池的大电流放电能力、比能量、循环使用寿命等性能。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型的铅酸蓄电池的汇流连接结构，其所有汇流连接点和汇流体中，至少有一个或一部分处在所述铅酸蓄电池的电极所在的密封空间外。
[0005]所述铅酸蓄电池的汇流连接点包括集流体与汇流体的连接点以及汇流体之间的连接点。汇流连接点可以采用活动连接，也可以采用固定连接。
[0006]所述铅酸蓄电池的汇流连接结构可以具有一层以上的汇流连接平面，即所有汇流连接点、汇流体的局部或全部可以在同一层(必要时可以采用跳线连接)平面内，也可以在不同的平面内。
[0007]本实用新型要解决的技术问题之二是提供一种铅酸蓄电池组的汇流连接结构，它可以明显提高铅酸蓄电池组的大电流放电能力、比能量、电池配组的一致性、循环使用寿命? f生會K O
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型的铅酸蓄电池组的所有汇流连接点、汇流体和电池间连接体中，至少有一个或一部分处在所述铅酸蓄电池组的电极所在的密封空间外。
[0009]所述铅酸蓄电池组的汇流连接点包括集流体与汇流体的连接点、汇流体之间的连接点、电池间连接体与汇流体的连接点以及电池间连接体与集流体的连接点。汇流连接点可以采用活动连接，也可以采用固定连接。
[0010]所述铅酸蓄电池组的汇流连接结构也可以具有一层以上的汇流连接平面，即所有汇流连接点、汇流体和电池间连接体的局部或全部可以在同一层平面(必要时可以采用跳线连接)内，也可以在不同的平面内。
[0011 ]上述铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组中的集流体、汇流体和电池间连接体的材料可以使用铅、铅合金、铅基复合材料、铝、铝合金、铝基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料、银、银合金、银基复合材料、铁、铁合金、铁基复合材料、钛、钛合金、钛基复合材料、锡、锡合金、非金属锡化合物、锡基复合材料、碳材料、碳基复合材料中的一种或多种。
[0012]上述铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组的汇流连接结构可以称之为封外汇流连接结构，这种封外汇流连接结构根据是否直接暴露于环境空气中，可以进一步细分为暴露式封外汇流(直接暴露于空气中)和封闭式封外汇流(与环境空气隔绝)。
[0013]所述铅酸蓄电池组中所有单电池间的连接体的总数量大于所述铅酸蓄电池组额定电压值除以单电池的额定电压值后所获结果的绝对值的取整数减去I后的差。取整方法为小数点后四舍五入。所述单电池间的连接体的总数量是指连接中仅含有单电池不含有电池亚组的连接体数量。所述的单电池包括至少额定单电池、调平单元中的一种。调平单元包括调平电池、调平电容、调平电阻、调平电感等中的一种或多种，用来提高电池组中各电池间或电池亚组间的充放电性能的一致性。
[0014]采用封外汇流连接结构的蓄电池的密封，可以采用所有电极整体密封方式(是指将密封材料与电池壳侧壁形成的电极所在的密封空间中的固体、液体、气体封住)，也可以采用先对单根电极作仅阻止固体、液体外溢的阻挡，再对所有电极进行整体密封(可以用环氧树脂、带有安全阀的塑料盖对所有电极进行整体密封，阻止气体、液体和固体外溢)的混合密封方式。采用封外汇流连接结构的铅酸蓄电池组的密封，可以采用每个蓄电池单独密封的方式，或所有蓄电池整体密封的方式，也可以采用部分单独密封、部分整体密封的混合密封方式。电极集流体在与电极密封的交接处也是密封的，以防止电极所处空间的气体、液体、固体从此处泄露腐蚀，污染汇流体、连接体。电极所在密封空间的密封可以带有出气阀门或直接出气口，出气阀门或直接出气口流出的气体可以直接通到电池或电池组外部，也可以汇集并被引导后，经其他排气口或阀门流到电池或电池组外部。密封结构中的气体通道可以是单管、双套管或多层套管。密封材料可以使用塑料、橡胶、电池密封胶、环氧树脂、复合材料中的一种或多种。
[0015]与封外汇流连接结构相适应的密封还可包括一种防止封外汇流连接结构中的所有汇流连接点、汇流体、连接体中任一种与电池内气体、液体、固体中任一种接触的密封，该密封包括一种塑料罩盖，该塑料罩盖罩住和密封汇流体，连接安全阀出口的气体管道则穿过该汇流体罩盖，并露出气体出口，气体管道外壁与汇流体罩盖交接处是密封的，防止气体出口排气时酸性气体进入汇流体罩盖内部腐蚀汇流体。安全阀门出气口上盖有胶皮帽，胶皮帽之上由一塑料板压住和固定，防止皮帽脱落，并辅助电池在达到设定的内部气压下排气泄压。
[0016]本实用新型的铅酸蓄电池和铅酸蓄电池组的封外汇流连接结构，相比现有的常规铅酸蓄电池和蓄电池组的封内汇流连接结构，具有以下优点和有益效果:
[0017]1.现有的蓄电池或蓄电池组采用的封内汇流连接结构，其所有汇流连接点、汇流体本身和部分连接体都被置于电极的密封空间内，因此汇流体的材料不得不使用耐硫酸腐蚀但比重较大的Pb或Pb合金(同时考虑了铅易于铸、焊)。而本实用新型的封外汇流连接结构，其集流体与汇流体的连接点、汇流体的局部或全部、汇流体间的连接点、电池间的连接点可以部分或全部置于电极所在的密封空间之外，这样汇流体的材料就可以使用相对Pb或Pb合金比重更小、电导率更高的材料，例如Al、Cu或其合金，20°C时，Al的电阻率为仅约为Pb的1/8，密度约为Pb的1/4，使用Al作为汇流体，在同样粗细和长度情况下，因电池充放电而在汇流体上损失的电压降比使用Pb作为汇流体时减少700%，汇流体重量和材料成本减少约300%，从而显著增加电池或电池组的大电流放电能力、比能量等。
[0018]2.汇流体、连接体使用比重更小、电导率更高的材料后，集流体、汇流体、单电池之间的连接距离也可以显著扩大，例如，以同样粗细的Al或Cu汇流体替代Pb汇流体，电阻等效时，Al或Cu汇流体的汇流最长距离约是Pb汇流体的8或15倍，这使得电池配组时，可以根据单电池或电池亚组的容量、充放电特性等性能的最大一致性进行汇流连接，而不是现行铅酸蓄电池所普遍采用的根据最短汇流距离进行汇流连接，从而大大提高了电池间或电池亚组间的一致性。
[0019]3.封外汇流连接结构有助于铅酸蓄电池和电池组的智能管理，可以增加电池管理芯片对单电极、单电池进行独立的分析、诊断，提高对蓄电池性能分析和控制管理的广度、深度，以及预测的精准度。
[0020]4.封外汇流连接结构有利于防止硫酸溶液对汇流体、连接体的腐蚀，增强电池或电池组的性能稳定性和循环使用寿命;此外，由于汇流点、连接点等脱离了存在硫酸溶液的电极密封空间，因此，还可以通过在电池或电池组中连接入一些额定电极或额定单电池之外的调平电极、调平电池、调平电容、调平电阻等调平单元，并使之受控于电池管理芯片，来提高电池组中各电池间或电池亚组间的充放电性能的一致性，提高电池组的循环使用寿命O
[0021]5.当封外汇流连接结构中使用铝、铝合金、铝基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料等材料时，可显著降低铅酸蓄电池和蓄电池组中汇流连接体的铅用量和成本。
[0022]6.适用范围广，本实用新型的封外汇流连接结构，可以适用于除双极式铅酸蓄电池以外的其它铅酸蓄电池，包括平面板栅式铅酸蓄电池、管式铅酸蓄电池、卷绕式铅酸蓄电池、泡沫板栅铅酸蓄电池、超级电容器铅酸蓄电池、铅碳电池等，以及相应的铅酸蓄电池组。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型实施例1的铅酸蓄电池封外汇流连接结构示意图。
[0024]图2是本实用新型另外两种可行的铅酸蓄电池封外汇流连接结构示意图。其中，a图为封闭式封外汇流连接结构;b图为暴露式封外汇流连接结构。
[0025]图3是本实用新型实施例2的铅酸蓄电池组封外汇流连接结构示意图。
[0026]图4是本实用新型另外两种铅酸蓄电池组的封外汇流连接结构示意图。其中，a图为封闭式封外汇流连接结构，b图为暴露式封外汇流连接结构。
[0027]图5是本实用新型实施例3的铅酸蓄电池封外汇流连接结构的电路示意图。
[0028]图中附图标记说明如下:
[0029]1:正极集流体
[0030]2:正极活性物质
[0031]3:负极集流体
[0032]4:负极活性物质
[0033]5:隔板
[0034]6:电池外壳
[0035]22:电极整体密封
[0036]25:正极汇流体
[0037]35:电池组外壳
[0038]54:单电池的独立密封
[0039]55:单电池间的整体密封
[0040]56:可通气阻挡材料(可阻挡固体、吸纳液体)
[0041 ]59:单电池正负极间的汇流连接体
[0042]71 — 73:单电池间的连接体
【具体实施方式】
[0043]为对本实用新型的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。
[0044]实施例1
[0045]本实施例2V40Ah(20h率，25°C)平面板栅式铅酸蓄电池的封外汇流连接结构为:将电池中所有平面板栅式正极板的极耳上端与负极板的极耳上端均穿过电极所在密封空间的密封上盖，使极耳上端的端点处于密封上盖之上，极耳穿过密封上盖并与上盖交接的地方，进行交接密封，以防止固、液、气的泄露，将电极所在密封空间外的正极极耳上端和负极极耳上端分别与截面积为160mm2的铝导线焊接起来，分别完成正极、负极的封外汇流连接，正负极的汇流点、汇流体处于同一平面内。图1显示的是本实施例的铅酸蓄电池的正极汇流连接结构，负极的汇流连接结构与此类同(在其它实施例中，封外汇流连接结构除图1所示的封闭式封外汇流连接结构外，还可以采用如图2中的a图所示的另一种封闭式封外汇流连接结构，或b图所示的暴露式封外汇流连接结构)。密封上盖上有排放电池内部气体的管道和安全阀门。进一步的，用一塑料罩盖罩住和封闭铝汇流体，以防止电池气体出口排气时带酸气体腐蚀汇流体，气体管道穿过该汇流体罩盖，露出气体出口。气体管道与塑料罩盖交接处是交接密封的，以防止带酸气体进入汇流体塑料罩盖内部腐蚀汇流体。
[0046]与同规格的采用封内汇流连接结构的传统2V40Ah(20小时率，25 °C )平面板栅式铅酸蓄电池相比，本实施例的铅酸蓄电池的大电流放电能力提升50 —110%。完全避免了因汇流体及汇流点腐蚀问题而导致的电池性能下降和寿命终止。显著降低了汇流连接体的铅用量和成本。
[0047]实施例2
[0048]本实施例48V24Ah(2h率，25°C)卷绕式铅酸蓄电池组的封外汇流连接结构为:将144只额定容量为4Ah(2h率，25°C)的卷绕式铅酸蓄电池单电池置于带有144只连体圆筒空间的电池组壳体中，将所有单电池中正极板的极耳上端与负极板的极耳上端均穿过电极所在密封空间的密封上盖(在其它实施例中，卷绕式铅酸蓄电池的正负极在电极所在密封空间内可以先进行各卷绕电极的汇流，然后汇流体结构中直立向上的连接体穿过密封上盖)，使极耳上端的端点处于密封上盖之上，极耳穿过密封上盖并与之交接的地方，进行交接密封，以防止固、液、气的泄露。对于各单电池的正负极极耳进行汇流连接焊接，汇流连接材料为截面积15mm2的铜导线，如图3所示(图中示出了单电池之间串联时，各电池正负极间的连接情况;在其他实施方式中，封外汇流连接结构还可以采用如图4中a图所示的另一种封闭式封外汇流连接或b图所示的暴露式封外汇流连接结构)。对于密封、汇流后的单电池进行加酸，通过密封后露出来的单电池的正负极汇流体，进行各单电池容量测试，将144只单电池根据容检后的容量值、充放电特性和按照一致性原则分成36组一级电池亚组，每组一级电池亚组具有4只彼此串联的单电池，分组方案中，选择使得所有一级电池亚组容量间的标准误差最小、充放电特性最接近的优化方案，进行一级电池亚组内单电池之间的串联连接，形成一级电池亚组内单电池间的串联连接体，每个一级电池亚组的额定电压为8V，额定容量为4Ah，连接体材料为截面积15mm2的铜导线；同样按照一致性原则，将36个一级电池亚组分成6个二级电池亚组，每个二级电池亚组包含有6个彼此并联的一级电池亚组，分组方案中，选择使得所有二级电池亚组容量间的标准误差最小、充放电特性最接近的优化方案，进行二级电池亚组内一级电池亚组之间的并联连接，形成一级电池亚组间的并联连接体，每个二级电池亚组的额定电压为8V，额定容量为24Ah，连接体材料为截面积15mm2的铜导线；然后，再将6个二级电池亚组之间进行彼此串联的连接，形成总电池组内二级电池亚组之间的连接体和最后的总电池组，连接体材料为截面积SOmm2的铜导线。本实施例电池组进行6个平面层面的汇流，即，第一个层面用来实现各个一级电池亚组内的集流体之间的汇流连接和电池间的连接，第二个层面用作跳线空间，以辅助实现第一层面的汇流连接;第三、第四个层面，用来实现一级电池亚组之间的连接以及跳线操作;第五、第六个层面用来实现二级电池亚组之间的连接和跳线操作。第二、三、四、五层空间也同时用来作为各层之间的直通连接操作空间。本实施例中铅酸蓄电池组中密封上盖上对应于每个单电池位置有一个排放单电池内部气体的管道和安全阀门。进一步的，用一塑料罩盖罩住和封闭保护汇流体、汇流点、连接点、连接体，以防止电池气体出口排气时带酸气体对它们的腐蚀，封闭保护的方法相同于实施例1。
[0049]与同规格的现行48V24Ah(2h率，25 V )卷绕式铅酸蓄电池组相比，本实施例的铅酸蓄电池组的大电流放电能力提升60 —150%，比功率可以达到600 — 1000W，完全避免了因汇流体及汇流点、电池连接点等腐蚀问题而导致的电池组性能下降和寿命终止，同时由于借助封外汇流连接方式实现了电池配组一致性的优化提高，本实施例电池组的循环使用寿命可以达到700 —1200次(80%D0D，25°C)，比现行的提高了55 —130%。显著降低了汇流连接体的铅用量和成本。
[0050]实施例3
[0051 ]本实施例12V，24Ah (1h率，25 °C )动力型平面板栅式铅酸蓄电池组的封外汇流连接结构为:将12只额定电压和容量为2V和12Ah(10h率，25°C)的平面板栅式铅酸蓄电池单电池置于带有12只连体方筒空间的电池组壳体中进行外连接，即与汇流体连接的连接体竖直向上一端穿过密封电极所在空间的密封上盖并在密封上盖上方通过与铝材料的焊接完成电池间的连接，不进行传统动力型平面板栅式铅酸蓄电池组中那样的过桥连接或穿壁焊连接。连接体竖直向上端与密封上盖的交接处进行交接密封。本实施例汇流连接结构所应用的铅酸蓄电池组及电池的构造与传统动力型平面板栅式铅酸蓄电池组的基本相同，所不同之处在于:本实施例封外汇流连接结构所应用的电池组中单电池的数量以及电池间连接体的数量为12个，如图5所示，大于传统的数量(5个)，也大于本实施例铅酸蓄电池组汇流连接结构所在的铅酸蓄电池组额定电压值除以单电池的额定电压值后所获结果的绝对值的取整数减去I后的差(112 + 2 1-1 = 5)。连接体在电极所在密封空间外使用的是铝材料，以及本实施例铅酸蓄电池组汇流连接结构中电池间进行的是外连接。实现本实施例铅酸蓄电池组封外汇流连接结构时，将12只单电池根据容检后的容量值、充放电特性和按照一致性原则分成6个一级电池亚组，每个一级电池亚组有两个通过外连接进行并联的单电池，所形成的每个一级电池亚组的电压和额定容量分别为2V和24Ah。最后，将6个一级电池亚组通过外连接进行串联，形成总电池组。本实施例铅酸蓄电池组封外汇流连接结构中采用的外连接铝导线包有绝缘保护层，外连接铝导线由一个带有气体阀门和方便装拆的塑料置盖保护。
[0052]与传统动力型平面板栅式铅酸蓄电池组的汇流连接结构相比，本实施例的铅酸蓄电池组封外汇流连接结构使铅酸蓄电池组新增了一种配平能力，规格相同时，配平程度可提高 50% — 300 %。
【主权项】
1.铅酸蓄电池的汇流连接结构，其特征在于，所述铅酸蓄电池的所有汇流连接点和汇流体中，至少有一个或一部分处在所述铅酸蓄电池的电极所在的密封空间外。2.根据权利要求1所述的汇流连接结构，其特征在于，所述汇流连接点包括集流体与汇流体的连接点以及汇流体之间的连接点。3.根据权利要求2所述的汇流连接结构，其特征在于，所述汇流连接点采用活动连接。4.根据权利要求2所述的汇流连接结构，其特征在于，所述集流体和汇流体的材料包括:铅、铅合金、铅基复合材料、招、招合金、招基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料、银、银合金、银基复合材料、铁、铁合金、铁基复合材料、钛、钛合金、钛基复合材料、锡、锡合金、非金属锡化合物、锡基复合材料、碳材料、碳基复合材料中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的汇流连接结构，其特征在于，所述汇流连接结构具有一层以上的汇流连接平面。6.铅酸蓄电池组的汇流连接结构，其特征在于，所述铅酸蓄电池组的所有汇流连接点、汇流体和电池间连接体中，至少有一个或一部分处在所述铅酸蓄电池组的电极所在的密封空间外。7.根据权利要求6所述的汇流连接结构，其特征在于，所述汇流连接点包括集流体与汇流体的连接点、汇流体之间的连接点、电池间连接体与汇流体的连接点以及电池间连接体与集流体的连接点。8.根据权利要求7所述的汇流连接结构，其特征在于，所述汇流连接点采用活动连接。9.根据权利要求7所述的汇流连接结构，其特征在于，所述集流体、汇流体和电池间连接体的材料包括:铅、铅合金、铅基复合材料、招、招合金、招基复合材料、铜、铜合金、铜基复合材料、银、银合金、银基复合材料、铁、铁合金、铁基复合材料、钛、钛合金、钛基复合材料、锡、锡合金、非金属锡化合物、锡基复合材料、碳材料、碳基复合材料中的一种或多种。10.根据权利要求6所述的汇流连接结构，其特征在于，所述汇流连接结构具有一层以上的汇流连接平面。11.根据权利要求6所述的汇流连接结构，其特征在于，所述铅酸蓄电池组中，所有单电池间的连接体的总数量大于所述铅酸蓄电池组额定电压值除以单电池的额定电压值后所获结果的绝对值的取整数减去I后的差。12.根据权利要求6所述的汇流连接结构，其特征在于，所述铅酸蓄电池组中，所有单电池间的连接体的总数量大于所述铅酸蓄电池组额定电压值除以单电池的额定电压值后所获结果的绝对值的取整数加上I后的和。
【文档编号】H01M10/06GK205508921SQ201620085892
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】杨春晓
【申请人】杨春晓