BRPI0715782A2 - processo parab produÇço de uma bateria de eletràlito lÍquido - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA PRODUÇçO DE UMA BATERIA DE ELETRàLITO LÍQUIDO. A presente invenção refere-se a um processo para produção de uma bateria de eletrólito líquido, que, de preferência, é usada em mecanismos móveis, tais como, por exemplo, em automóveis, barcos ou aviões. O processo apresenta as seguintes etapas; inserção de, em cada caso, uma placa de mistura (5a') na caixa de bateria (1), em dois lados opostos da caixa, inserção do pacote de placas de elétrodos (2) entre as duas placas de mistura (5a') dispostas na caixa de bateria e união das duas placas de mistura (5a'), alinhadas verticalmente, em ângulo reto, com uma placa de ponte de mistura horizontal (5b'), que compreende, aproximadamente no centro da mesma, um recesso para a passagem de eletrólito e uma superfície ligeiramente inclinada para baixo, em direção ao centro da mesma, para escoamento do eletrólito.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA BATERIA DE ELETRÓLITO LÍQUIDO".
A presente invenção refere-se a um processo para produção de uma bateria de eletrólito líquido, que, de preferência, é usada em mecanis- mos móveis, tais como, por exemplo, em automóveis, barcos ou aviões.
O esforço, particularmente da indústria automobilística, no senti- do de um modo de construção leve também se refere à economia de peso da bateria. Mas, simultaneamente cresce a exigência por potência de bateria mais alta, uma vez que, além da energia para dar partida ao automóvel, também é necessária energia para agregados adicionais, tais como elevado- res de janela elétricos, motores de regulagem para ajuste dos bancos ou também para o aquecimento elétrico dos bancos. Além disso, é desejável manter a potência da bateria, o mais possível, em um nível elevado constan- te, ao longo da vida útil da bateria. Do estado da técnica são conhecidas diversas medidas para
aumentar a potência de uma bateria de chumbo-ácido convencional. Por potência é entendida, doravante, a capacidade da bateria de fornecer cor- rente ou receber corrente.
Um problema especial em baterias de chumbo-ácido é o uso o mais completo possível da superfície do elétrodo. Se em uma região da su- perfície do elétrodo a concentração de ácido for alta demais, isso leva à cor- rosão e, finalmente, à decomposição das placas de elétrodo. Se a concen- tração de ácido for baixa demais, faltam as propriedades eletrolíticas, neces- sárias para um trabalho confiável da bateria. Devido a diversos efeitos, co- nhecidos do estado da técnica, a densidade do ácido dentro de uma bateria não é uniforme. Para corrigir essa deficiência, foram desenvolvidos dispositi- vos para a mistura de eletrólito.
Desse modo, simultaneamente também é impedido que se for- mem depósitos, que também prejudicam a função e a vida útil da bateria. No documento DE U1 9114909 é descrita uma bateria de acu-
mulador, na qual é forçado um revolvimento do eletrólito por introdução de gás de uma fonte de gás comprimido. Esse processo de revolvimento só é limitadamente apropriado para baterias de automóvel, devido à construção complicada do dispositivo de revolvimento, uma vez que, adicionalmente, ainda é necessária uma fonte de gás comprimido. Do estado da técnica são conhecidos, ainda, dispositivos de mistura de eletrólito, que são designados como bombas hidrostáticas e cuja função é descrita a segue: quando um veículo se move com uma velocidade uniforme, isto é, não é nem freado nem acelerado, a superfície do eletrólito líquido na bateria usada no veículo é plana e horizontal. Em um processo de frenagem ou aceleração, devido à inércia de massa, o eletrólito oscila para lá e para cá. As correntes de eletró- Iito formadas nesse caso, são guiadas por barreiras e canais, de tal modo que seja obtida a melhor mistura possível.
Esse princípio está descrito, entre outros, nos documentos US 4,963,444; US 5,096,787, US 5,032,476 e da patente alemã 297 18 004.5, que forma o estado da técnica mais recentes. O objeto do estão da técnica mais recente é um dispositivo de mistura anular, disposto entre os elétrodos na caixa de bateria, tal como é mostrado na figura 1.
Até agora, na produção de uma bateria convencional, sem dis- positivo de mistura, ou uma bateria com dispositivo de mistura, primeiramen- te o pacote de placas de elétrodos 2 é inserido na caixa de bateria vazia. Quando deve ser construída uma bateria com dispositivo de mistura, o paco- te de placas de elétrodos precisa ser posicionado exatamente no centro na caixa de bateria, para que a fenda entre a borda vertical do pacote de placas de elétrodos e a parede da caixa de bateria tenha a mesma largura nos dois lados. Mas isso é difícil de ser garantido, uma vez que a inserção do pacote de placas de elétrodos pesado dá-se manualmente, porque o uso de robôs e técnica de manuseio similar seria caro demais.
As placas de elétrodos estão envolvidas com um filme de maté- ria sintética, doravante chamado de bolsas de eletrodos. As bolsas de elé- trodos são muito sensíveis mecanicamente. A subseqüente inserção das placas de mistura angulares, à esquerda e à direita na respectiva fenda pre- cisa dar-se de modo muito cuidadoso, para evitar uma danificação das bol- sas de elétrodos. Bolsas de elétrodos danificadas levam a uma falha prema- tura da célula de bateria correspondente e, desse modo, a uma deficiência de potência.
No caso representado na figura 2, o pacote de placas de elétro- dos está posicionado demais à esquerda na caixa de bateria, de modo que a fenda entre a borda vertical do pacote de placas de elétrodos e a parede da caixa de bateria é mais estreita no lado esquerdo do que no lado direito.
O processo de produção convencional ainda tem uma outra des- vantagem, que está representada esquematicamente na figura 3. Quando o pacote de placas de elétrodos não se encontra na posição prevista construti- vãmente, tal como está mostrado na figura 3a, o canal de corrente formado entre a parede da bateria e o lado vertical da placa de mistura é mais estrei- to no lado esquerdo do que o no lado direito. Mas, esses canais de corrente estão otimizados no que se refere à sua largura, de modo que a modificação da largura reduz a eficiência da mistura. No caso representado na figura 3b, os canais de corrente têm a mesma largura nos dois lados, de modo que se dá uma boa mistura, tal como está indicado pelas setas de corrente.
Uma desvantagem especial dessa tecnologia de produção con- siste no fato de que danificações das bolsas de elétrodos não podem mais ser verificadas no controle final da bateria. Por esse motivo, uma danificação das bolsas de elétrodos deve ser evitada sem falta. Ao mesmo tempo, os custos para esse passo de processo não devem subir. Portanto, deve ser procurada uma solução simples e, apesar disso, segura. Existe, portanto, a tarefa da invenção na eliminação da deficiência encontrada no estado da técnica. Particularmente, deve ser evitada uma danificação das bolsas de elétrodos.
Essa tarefa é solucionada por um processo de produção para produção de baterias de eletrólito líquido com um dispositivo de mistura de acordo com a reivindicação 1.
O processo apresenta os seguintes passos: - inserção de, em cada caso, uma placa de mistura, manualmen-
te, nas duas paredes previstas, opostas uma à outra, da carcaça de bateria, sendo que as placas de mistura estão ligeiramente oblíquas, isto é, o ângulo de mistura usado no estado da técnica, nesse processo está dividido em uma parte vertical e uma parte horizontal. A parte vertical é designada dora- vante como placa de mistura. As placas de mistura estão ligeiramente oblí- quas na caixa de bateria, isto é, elas apresentam uma inclinação entre cerca de 10 e 25 graus, dependendo da forma de construção da bateria.
- Inserção do pacote de placas de elétrodos entre as duas pla- cas de mistura posicionadas na caixa de bateria, que, nesse caso, são em- purradas para uma posição vertical, isto é, quando o pacote de placas de elétrodos é inserido manualmente na caixa de bateria, as placas de mistura são movidas ou empurradas para a posição vertical prevista. Como as pla- cas de mistura são leves e lisas, não existe o risco de danificar as bolsas de elétrodos nesse procedimento. Além disso, pelas placas de misturas, que serve como ajuda de centralização, o pacote de placas de elétrodos é deslo- cado para a posição correta na inserção manual. - Inserção de uma placa de ponte de mistura, horizontalmente
sobre as duas placas de misturas posicionadas verticalmente.
Por essas etapas tecnológicas na produção da bateria, são obti- das as vantagens descritas abaixo.
Como primeiramente são inseridas as placas de mistura verticais do dispositivo de mistura dividido na carcaça de bateria, depois se dá a in- serção do pacote de placas de elétrodos entre as placas de mistura, uma danificação das bordas laterais sensíveis das placas de elétrodos é extensi- vamente evitada. Trata-se, nesse caso, de um processo autocentralizador. Essa autocentralização ainda pode ser reforçada quando a caixa de bateria se encontra sobre uma via de rolos.
Além disso, no processo de produção de acordo com a invenção as placas de elétrodos são dispostas exatamente na posição predetermina- da na caixa de bateria pelas placas de mistura já inserida nos dois lados. Isso tem a vantagem adicional que as ligações elétricas de cada placa de elétrodos encontram em uma posição espacial predeterminada exatamente. A seguir, as ligações são soldadas umas nas outras por meio de um robô de solda e, desse modo, as células da bateria individuais são ligadas em série. Até agora, as ligações precisam ser realizadas de modo relativamente largo, para que as placas de elétrodos pudessem ser soldas uma na outra, mesmo se as mesmas não tivessem sido posicionadas de modo ótimo umas às ou- tras. Como, de acordo com a invenção, as placas de elétrodos são alinhadas exatamente umas às outras e, com isso, não precisam mais ser compensa- das tolerâncias grandes, é possível uma diminuição das ligações e, apesar disso, uma solda precisa das ligações umas às outras. Pelas ligações meno- res, podem ser economizados, por bateria, cerca de 200 gramas ou mais de chumbo.
Depois da inserção das placas de mistura e do pacote de placas de elétrodos, a placa de ponte de mistura é colocada sobre as placas de mistura alinhadas verticalmente e unida em ângulo reto com as mesmas, de modo que resulta uma unidade de mistura compacta. Essa placa de ponte de mistura, na inserção sobre as placas de mistura dispostas verticalmente, também contribui para igualar deformações da caixa de bateria, que se for- maram na fundição injetada, e para reforçar, no total, a caixa de bateria. Uma outra vantagem em relação ao estado da técnica também consiste no fato de que o lado superior da placa de ponte de mistura, que serve como superfície de escoamento de eletrólito, apresenta, a partir dos dois lados frontais, em direção ao centro, uma inclinação predeterminada, que não se modifica mais na montagem da placa de ponte de mistura e na inserção da tampa da caixa de bateria e que é substancialmente independente de tole- râncias de produção da caixa de bateria, de modo que é obtido um efeito de mistura ótimo. O processo de produção de acordo com a invenção é expli- cado mais detalhadamente por meio de desenhos.
A figura 1 mostra a vista lateral de uma bateria de chumbo- ácido, com um ângulo de mistura do estado da técnica.
A figura 2 (2a-2c) mostra uma parte de processo do processo de produção de acordo com o estado da técnica.
A figura 3 (3a-3b) mostra uma comparação de funcionamento entre o estado da técnica e a invenção.
A figura 4 (4a-4d) mostra os passos de montagem de acordo com a invenção.
A figura 5 (5a-5b) mostra uma ponte de mistura em representa- ção em perspectiva.
A invenção é explicada por meio das figuras 4 e 5, sendo que as figuras 1 a 3, que mostram o estado da técnica, estão incluídas.
A figura 1 mostra uma caixa de bateria 1, com uma placa de elé- trodos de chumbo 2 e um enchimento de ácido 3, cujo nível no estado de repouso mecânico está designado com 4. Com 5a e 5b estão designados lados verticais ou o lado horizontal do dispositivo de mistura anular. Se a bateria estiver instalada, por exemplo, em um veículo, que se move na dire- ção caracterizada com a seta A, em um processo de frenagem, o ácido é comprimido para cima entre o lado vertical 5a e a parede de carcaça e escoa através do lado horizontal 5b. Esse processo que ocorre regularmente leva à mistura de ácido desejada. O dispositivo de mistura está representado na figura 1 apenas em um lado da caixa de bateria 1.
Na figura 2 são mostrados os passos de processo importantes para produção dessa bateria convencional. Na caixa de bateria 1 vazia é inserido, primeiramente, o pacote de placas de elétrodos de chumbo 2. Nes- se caso, pode acontecer que o pacote de placas de elétrodos de chumbo 2 não esteja disposto totalmente no centro, tal como representado na figura 2b. Em uma etapa de processo seguinte, são inseridos nos dois lados os ângulos de mistura 5a, 5b. Nesse caso, pode acontecer que o envoltório de matéria sintética das placas de elétrodos de chumbo 2 no lado esquerdo se- jam danificadas, porque o pacote de placas de elétrodos de chumbo 2, tal como mostrado na figura 2c, se encontra próximo demais da parede da cai- xa de bateria 1. Uma danificação do envoltório de matéria sintética de uma placa de elétrodo leva a uma falha prematura dessa célula e, desse modo, de toda a bateria.
A figura 3 ainda mostra uma outra desvantagem do processo de produção convencional: quando o pacote de placas de elétrodos não se en- contra na posição prevista construtivamente, tal como representado na figura 3a, dois canais de corrente, formados pela respectiva parede de bateria e pelo lado vertical do respectivo ângulo de mistura, são de largura diferente. Esses canais de corrente, porém, estão otimizados no que se refere à sua largura, de modo que a modificação da largura diminui a eficiência da mistu- ra. Na figura 3b, os canais de corrente têm a mesma largura nos dois lados, de modo que se dá uma boa mistura, indicada por setas.
Na figura 4 é descrito o processo de acordo com a invenção. É usado um dispositivo de mistura novo, que consiste em três partes, em duas placas de mistura 5a' e uma placa de ponte de mistura 5b'. Primeiramente, as placas de mistura 5a' são inseridas de modo ligeiramente oblíquo na cai- xa de bateria 1 (figura 4b) e só depois dá-se a inserção do pacote de placas de elétrodos 2 (figura 4b]c). Por essa medida é obtido que o pacote de pla- cas de elétrodos 2 se encontre exatamente no centro na caixa de bateria 1. Na última etapa de trabalho de acordo com a invenção, representada na fi- gura 4d, a placa de ponte de mistura é colocada sobre as placas de mistura alinhadas verticalmente e unida em ângulo reto com as mesmas.
As figuras 5a e 5b mostram o dispositivo de mistura, composto pelas duas placas de mistura 5a' e a placa de ponte de mistura 5b', em re- presentação em perspectiva, sendo que a figura 5a mostra o dispositivo de mistura em representação em explosão, a figura 5b, o mesmo, em estado montado. Deve ser acentuado que o processo de acordo com a invenção também é apropriado para produção de baterias de eletrólito líquido, que apresenta um dispositivo de mistura com uma forma divergente da descrição das figuras, tal como é o caso, por exemplo, em baterias de caminhões.

Claims (3)

1. Processo para produção de uma bateria de chumbo-ácido, com um dispositivo de mistura, que apresenta as seguintes etapas: - inserção de placas de mistura (5a') na caixa de bateria (1), em cada caso em dois lados opostos um ao outro da caixa, sendo que as placas de mistura estão dispostas de modo ligeiramente oblíquo, - inserção do pacote de placas de elétrodos (2) entre as duas placas de mistura (5a') posicionadas na caixa de bateria (1), que, nesse ca- so, são empurradas para a posição vertical, sendo que as medidas geomé- tricas da caixa de bateria (1), do pacote de placas de elétrodos (2) e das pla- cas de mistura (5a') estão planejadas de tal modo que na inserção do pacote de placas de elétrodos o mesmo é disposto em uma posição predeterminada construtivamente na caixa de bateria e, nesse caso, são obtidas as secções transversais previstas dos canais de corrente, - união das duas placas de mistura (5a') alinhadas verticalmente, em ângulo reto, com uma placa de ponte de mistura (5b'), que apresenta aproximadamente no centro, uma reentrância para a passagem de eletrólito, e uma superfície de escoamento, ligeiramente inclinada para baixo, em dire- ção ao centro, para o eletrólito.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a placa de ponte de mistura (5b') é inserida ou presa por gram- pos sobre as duas placas de mistura (5a'), alinhadas verticalmente.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a caixa de bateria, na inserção do pacote de placas de elétrodos (2) se encontra sobre uma via de rolos.
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