专利名称：新型蓄电池的制作方法
技术领域：
本实用新型属于对铅锌蓄电池的改进。
蓄电池是一种重要的能源贮存装置，被广泛的应用在工业、农业、军事、交通各个领域。由于其使用方便，能量释放过程中污染小，而倍受欢迎。长期以来人们希望它能做为主要动力来驱动车辆和机械装置，但由于其充电速度慢，电极板的使用寿命短和重量太大而限制了使用范围，特别是做为长距离运行的车辆动力既不经济，又无灵活性。众多企业家一直想把蓄电池应用在普通代步车上，也均因无法解决其能量补充和使用寿命太短的问题而被迫中止。目前为止，铅锌蓄电池也只能做为短距离车辆和装置的动力源，真正起到动力电源作用仅限于小功率应用场合，绝大多数还是用来做备用、应急或启动电源。如何解决铅锌蓄电池的寿命、容量和快速补充能量，一直是技术界长期希望解决而没有解决的问题。
本实用新型的发明目的是提供一种蓄电池的新型结构设计，以实现快速充电，大容量存贮电能和大电流释放电能，同时保证电极板寿命，为电动自行车、摩托车、汽车及其类型运输工具提供经济、可靠的动力电源。
铅锌蓄电池存贮的能量主要取决于电解液的配比和容量。铅锌电极板的表面积则决定平蓄电池方放电能力的大小，有效地扩大以上两个参数当然是蓄电池改进的两个重要内容。蓄电池的寿命主要取决于极板的寿命，如果以小电流长时间实现充电，当然可以延长极板寿命，但很不实用。特别是对运距离运输或代步车辆，如果每次使用后都需要十几个小时，甚至二十几个小时的充电才能恢复正常能量供给显然是十分不方便的。如果快速大电流充电虽可节约时间，而铅锌电极板会受大电流冲击损伤很快松疏而脱落，从而寿命降低。所以，延长极板寿命是改进的主要目标之一。
本设计中将蓄电池壳设计成两个分立的部分，一部分称为极板间，一部分称为贮液间，极板间主要根据其充放电的电流来确定容量。而贮液间则根据安培时参数来确定容量，并根据所应用的场合、车辆的种类及连续行驶距离，具体设计空间形状和容积。极板间是用来完成全部电解液的快速荷电及放电过程。贮液间是用来存贮可荷一定电量的电解液，从而扩大整个蓄电池的电容量。在整个工作过程中，极板间电解液能量释放到一定程度后，贮液间的电解液就会补充进去，保证蓄电池电压与电流的持续稳定，直至整个电解液能量释放完毕。充电时，在极板间完成荷电，同时贮液间的电解液不断循环注入，于是整个极板间和贮液间中的电解液都充足电能。为实现以上的功能，蓄电池的极板间和贮液间借助电解液循环通道相连通。在电解液通道中间设置微型循环泵，借助泵产生的压力，电解液经过循环通道实现极板间和贮液间之间的循环补充。在整个设计中还设置与循环泵配套的低压启动控制电路。该电路在输出电压降低到额定值时会自动启动微型循环泵以实现电解液的循环补充。在充电过程中它会持续工作直至全部电解液荷电完成。铅锌电极板设置在极板间。
采用单设贮液间的方式可以有效地扩大蓄电池的贮能并保证放电过程的高品质参数，如果进一步在有限的空间内增大铅锌极板的表面积和增强其对抗充电大电流的能力则就能有效地实现本发明的目的。因而采用新型电极板结构是本设计的又一关键。具体方案是将铅锌合金与蜂窝陶瓷板通过浇铸复合形成一体式的复合片状结构，以替代普通片状结构的铅锌电极板。铅锌合金在复合浇铸时会镶入陶瓷板预置槽孔之中，并渗入陶瓷板的蜂窝微孔结构中，因而大大增加了其表面积，由于蜂窝陶瓷板具有很强的支撑加强作用，进而防止了铅锌合金在大电流充电时可能发生的疏松脱落，从而可以极大地延长极板的寿命，并使大电流快速充电变为可能。
以上两部分关键结构的改进可使本实用新型目的得以实现。
以下结合附图进一步说明本实用新型的目的是如何实现的
图1为新型蓄电池整体结构示意图(正面剖视)。
图2为图1的A-A向半剖视图。
图3为图1的B-B向半剖视图。
图4为复合电极板中蜂窝陶瓷板结构示意图。
图5为图4左视图。
图6为图4俯视图图7为复片式电极板的结构示意图(局部剖视图)。
图8为低压启动控制电路的结构框图。
图9为低压启动控制电路的电原理图。
其中1为蓄电池的壳体，2为密封壳盖，2A代表设在壳盖上的正电极，2B代表设在壳盖上的负电极，2C代表通气孔，3代表密封胶圈，4代表紧固螺钉，5代表复合式电极板，6代表电极板卡槽，7代表微型循环泵，8代表设置在壳体上的循环泵孔座，9代表电解液，9A代表设在壳件2上的电解液循环管道，10代表起到电解液循环通道作用的回流孔，11代表蜂窝陶瓷板，12代表蜂窝陶瓷板上均布的通孔，13为连接通孔12的沟槽，14代表蜂窝状微孔，11A为陶瓷板外表面，11B为内表面，15代表铅锌合金，J代表继电器，A为采样电路，B为标准电压设定电路，C为信号处理电路，D为执行电路。
图1所给出的是极板间和贮液间制成一体式的新型蓄电池的结构示意图。蓄电池壳结构中包括壳体1和密封壳盖2两部分。壳体1与壳盖2之间设有密封圈3。壳体的极板间部分设置有极板卡槽6，主要用来固定设在其中的复合电极板5。壳盖之上设正、负电极柱2A，2B和通气孔2C，壳盖2与壳体1借助紧固螺钉4组合成为一体形成密封式蓄电池壳。在一体式结构中微型循环泵7可直接设置在壳体2的预留孔座8内，并利用设置在壳体2上的回流孔10和管道9A做为电解液循环通道。微型循环泵7启动后可以形成电解液在极板间和贮液间循环补充。当然也可以将壳件2制成分离式的极板间和贮液间两部分，此时循环泵独立设置在壳体之外，另设循环液管路连接分离的两部分。分离式结构一般应用于较大型的运输车辆，根据具体情况设定贮液间的位置、形状和容积。
微型循环泵7仅在电池电压下降到一定数值时才启动。当蓄电池电压恢复至正常值后泵自动停止。从附图8、9可以看出该部分电路的设计思想。这部分电路由电压采样电路A，标准电压设定电路B，信号处理电路C，执行电路D四部分组成。采样电路直接从蓄电池外电极接线柱上采样，并将采样电压和标准电压同时送至信号处理电路C。经处理后的触发信号自信号处理电路C发出触发信号引至执行电路D。在执行电路D中设定执行继电器J的一组常开触点控制循环泵7的电源供给通路。这样当电压下降到所设定的标准电压以下时，信号处理电路C就发出触发信号，使执行电路D启动继电器J，接通泵电源，向极板间补充能量，直至达到正常工作电压为止。执行电路4重新切断泵7电源，蓄电池又进入常规工作状态。为避免循环泵7在电压临界值产生频繁启动，继电器J可接成自闭锁式线路，增设延时电路来切断继电器线包的供给电源，从而使循环泵的工作时间稳定在一个给定的时间常数之内，从而避免出现频繁启动。
图9所给出的是一个低压启动控制电路的一个实施例简化电原理图。其中由电阻R1R2组成分压采样电路A，由稳压块IC1、电阻R3、电位器W1，组成标准电压设定电路B，由运算放大器IC2构成信号处理电路C，由三极管BG1、继电器J组成执行电路D，采样信号与标准电压同时输入IC1，由运放IC2输出触发启动信号加至BG1的基极，由J1-1控制泵的电源。
新型蓄电池电极板的结构是本实用新型的又一关键。以上的结构能扩充蓄电池的蓄能量，工作电压的长时间和稳定性，而新的极板结构是用来保证快速充电条件下极板的寿命以及同样体积下极板表面的增加。普通蓄电池是铅锌合金的片状结构，本设计中的电板板采用铅锌合金15与蜂窝陶瓷板11浇铸复合而成的片状结构。使用时复合式片状电极板5装卡在蓄电池壳内的卡槽6上，浸在电解液9之中，蜂窝陶瓷板11为平面形，内部均布蜂窝微孔14，整体均布通孔12，外表面11A为光面，内表面11B上均布沟槽连通通孔14形成网槽点阵式结构。铅锌合金15主要与陶瓷板11的内平面11B复合形成电极板平整的内平面。网槽点阵式结构可以加大复合接触面积，增强陶瓷板对铅锌合金的强化支撑作用。铅锌合金可在浇铸复合时除内表面沟槽外还充满均布的通孔12，形成铅锌极板柱，另外还渗入蜂窝状微孔14从而构成单片式电极板。这种电极加大了与电解液接触的表面积。特别是支撑陶瓷板11的作用可以有效地防止大电流冲击下引起的铅锌合金的松疏和脱落，极大地延长极板的使用寿命。为进一步强化铅锌合金的寿命往往将两块单片式的复合电极板内平面相对组成复片式电极板。如图6所示。这种复片式电极板可以象单片式复合电极板一样，由两个单片式电极板对合而成，也可以一次浇铸成型为一体式复片式电极板。具体可以取两块蜂窝陶瓷板11两内平面11B留有一定距离设定位置(留下铅锌合金的间隙)。然后浇铸铅锌合金即可制成。这种复片式电极板具有更大的表面积和抗强电流的能力。
将陶瓷复合电极板装入上述的极板间卡槽6中即构成本实用新型的完整设计。根据以上设计制成的新式蓄电池，充电时电流值可加大20倍，也就是说使充电时间缩短15-20倍左右，使用寿命可高达5万小时，充放电次数大于8000次。可以根本克服目前蓄电池存在的严重缺陷，满足车载动力蓄电池经济、耐用和大容量的基本要求，特别是可按以上设计制成标准模块式积木系列产品，以满足各类车辆的需要，从而使电瓶自行车、摩托车、汽车成为现实。
权利要求1.一种新型蓄电池，由蓄电池壳(1、2)，电解液9及设置在电解液中的铅锌电极板5组成，其特征在于a、蓄电池壳(1、2)分为极板间和贮液间两部分，两部分借助电解液循环通道(9A、10)连通，b、在电解液通道中间设置微型循环泵7，c、整个机构中还设置与微型循环泵7配套的低压启动控制电路，铅锌电极板5设置在极板间。
2.根据权利要求1所说的新型蓄电池，其特征在于蓄电池壳结构包括壳体1和密封壳盖2，在壳体1与壳盖2之间设有耐酸密封圈3，壳体的极板间部分设置有极板卡槽6，壳盖2上设有正负电极柱(2A，2B)和通气孔2e，壳盖2和壳体1借助紧固螺钉4组合为一体。
3.根据权利要求2所说的新型蓄电池，其特征在于蓄电池壳(1，2)可制成极板间和贮液间一体结构，微型循环泵7设置在壳体2的预留孔座8位置内，并利用设置在壳体上回流孔和管道9A做为电解液循环通道，也可将蓄电池壳制成极板间和贮液间分离的两部分。外设循环泵及循环电解液管道，连通分离的部分。
4.根据权利要求1所说的新型蓄电池，其特征在于低压启动控制电路由电压采样电路A，标准电压设定电路B，信号处理电路C和执行电路D组成，采样电压和标准电压同时送入信号处理电路C，触发信号自信号处理电路引出至执行电路D，执行电路D中设定执行继电器J，继电器J的一组常开触点控制循环泵7的电源供给电路。
5.根据权利要求4所说的新型蓄电池，其特征在于低压启动控制电路具体由电阻R1、R2组成分压采样电路A，由稳压块IC1，电阻R3，电位器W1组成标准电压设定电路B，由运算放大器IC2构成信号处理电路C，由三极管BG1，继电器J组成执行电路D。采样信号与标准电压同时输入IC1，由运放IC2输出触发启动信号加至BG1的基板，由Ji-1控制泵的电源。
6.根据权利要求1所说的新型蓄电池，其特征在于该电极板是铅锌合金15与蜂窝陶瓷板11浇铸复合成形的片状结状，使用时装卡在蓄电池壳极板卡槽6上，浸没在电解液9中。
7.根据权利要求6所说的新型蓄电池，其特征在于蜂窝陶瓷板11为平面形，内部均布蜂窝状微孔14，整体均布通孔12，外壳面11A为光平面，内表面11B均布沟槽连通通孔12形成网槽状点阵结构。
8.根据权利要求7所说的新型蓄电池，其特征在于铅锌合金15与蜂窝陶瓷板11槽网状点阵内表面11B复合形成该电极板的平整内平面、铅锌合金15充满于蜂窝状微孔14和通孔12之中，构成单片陶瓷复合式电极板。
9.根据权利要求8所说的新型蓄电池，其特征在于蓄电池的电极板由两块单片式电极板内表面相对组成复片式电极板。
10.根据权利要求8、9所说的新型蓄电池，其特征在于复片式电极板可以设定两块蜂窝陶瓷板11一次浇铸铅锌合金15形成一体式结构的复式电极板。
专利摘要本实用新型提供了一种新型蓄电池的结构设计。设计中包括由贮液间、极板间组成的蓄电池壳结构和连接极板间、贮液间的电解液循环通道和微型循环泵，以实现电解液充放电的循环补充，扩大了电池容量，配套的复合片式铅锌电极板，由蜂窝陶瓷板上浇铸铅锌合金而制成，具有耐强电流冲击、不易疏松脱落的效果，从而大大延长了蓄电池的使用寿命，这样的结构可以实现快速充放电，长时间运行工作，使车用动力蓄电池进入实用阶段。
文档编号H01M10/04GK2252411SQ9520229
公开日1997年4月16日 申请日期1995年2月7日 优先权日1995年2月7日
发明者张宝义 申请人:张宝义