BRPI0822051B1 - bateria recarregável - Google Patents

Abstract

BATERIA RECARREGÁVEL. A invenção refere-se a um acumulador com um alojamento de acumulador, tendopelo menos uma câmara de célula, com vários eletrodos e um eletrólito líquido em cada câmara de célula e com pelo menos umelemento de parede nas câmaras de célula, para a divisão das câmaras de célula em pelo menos duas câmaras de volume deintercomunicação (8, 9). Na região inferior das câmaras de volume (8, 9) está uma conexão de comunicação para o eletrólitolíquido entre as câmaras de volume (8, 9), e uma conexão de equalização de pressão entre as câmaras de volume (8, 9) édisposta na região superior das câmaras de volume, para se garantir uma pressão de ar equivalente nas câmara de volume deintercomunicação (8, 9). Os elementos de parede (6) se estende pelo menos tão longe para cima de modo que em um movimentodo acumulador (1) em primeiro lugar um eletrólito em pelo menos uma câmara de volume (8, 9) flua através da conexão deintercomunicação na região inferior e, em segundo lugar, um eletrólito flua de novo através da conexão de intercomunicação naregião inferior para fora de pelo menos uma referida região de volume (8, 9), sem um extravasamento de eletrólito líquido a partirde uma câmara de volume (8, 9) para a (...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma bateria recarregável que tem um alojamento de bateria recarregável o qual tem pelo menos uma área de célula, que tem uma pluralidade de eletrodos e tendo ele- trólitos líquidos em cada área de célula e tendo em cada caso pelo menos um elemento de parede nas áreas de célula, de modo a se subdividirem as áreas de célula em cada caso em pelo menos duas áreas de volume, as quais se comunicam uma com a outra, onde há uma conexão de comunicação na área inferior das áreas de volume, entre as áreas de volume do eletrólito líquido, e há uma conexão de equalização de pressão na área superior das áreas de volume entre as áreas de volume, de modo a se garantir que uma pressão de ar seja a mesma nas áreas de volume as quais se comunicam uma com a outra.

[002] A US 4.963.444 A e a US 5.096.787 A descrevem uma bateria de chumbo ácido tendo um alojamento o qual é subdividido em uma pluralidade de áreas de célula. Pilhas de placa de eletrólito contendo chumbo são mantidas nas áreas de célula e são separadas umas das outras por separadores. Mais ainda, as áreas de célula são preenchidas com eletrólito líquido, o qual, em particular, contém ácido sulfúrico.

[003] Durante uma operação, a concentração de ácido pode ser distribuída não uniformemente pela altura da bateria recarregável, desse modo levando a uma redução na capacidade de armazenamento da bateria recarregável. Portanto, é desejável misturar o eletrólito líquido durante uma operação. Para esta finalidade, uma bomba hidrostática é criada por elementos de parede adjacentes a paredes laterais do alojamento de bateria recarregável. Quando a bateria recarregável se move, o eletrólito espirra sobre a borda superior das pare-des na área de volume delimitada por uma parede, como resultado do que o nível de eletrólito nesta área de volume é mais alto do que na área de volume adjacente. Durante um movimento, o eletrólito adicionalmente flui através de uma abertura na área inferior para a área de volume delimitada pelos elementos de parede. O nível de eletrólito, o qual agora é mais alto nesta área de volume, leva a uma sobrepressão hidrostática na área de volume, como resultado do que o eletrólito flui de novo para fora da área de volume preenchida em excesso para a área de volume adjacente. A bomba hidrostática assegura, portanto, que um movimento de eletrólito de circulação ocorra.

[004] O movimento de eletrólito de circulação tem a desvantagem, contudo, de lama e partículas depositadas na área inferior serem capturadas e serem movidas para a área acima dos separadores. Isto aumenta o risco de curto-circuito.

[005] A US 529.199 descreve um sistema de bateria recarregável no qual um fluido é feito circular por meio de um dispositivo de bomba. Em uma modalidade, as baterias recarregáveis são montadas em um balancim, de modo a se usarem elementos de saída e ranhuras para garantir que o eletrólito circule.

[006] Contra este antecedente, o objetivo da presente invenção é prover uma bateria recarregável melhorada tendo um alojamento de bateria recarregável do tipo mencionado inicialmente, no qual a formação de estratificação de ácido durante uma operação é efetivamente contra-atuada, enquanto a lama a qual já foi depositada não é movida para a área de célula superior.

[007] O objetivo é alcançado pela bateria recarregável do tipo mencionado inicialmente, pelo fato de os elementos de parede se estenderem pelo menos tão longe para cima para que, em uma primeira etapa, quando uma carga de movimento for aplicada à bateria recarregável, o eletrólito flua para pelo menos uma área de volume através da conexão de comunicação na área inferior e, na segunda etapa, o ele- trólito flua para fora desta pelo menos uma área de volume de novo, através da conexão de comunicação na área inferior, sem um extravasamento de eletrólito líquido de uma área de volume para a área de volume adjacente sobre a borda superior dos elementos de parede.

[008] Em contraste com a modalidade conhecida, o princípio de um tubo de comunicação é usado para se garantir que o eletrólito se mova para trás e para frente através da conexão de comunicação na área inferior das áreas de volume, e que o eletrólito não possa circular. Isto tem a vantagem de a lama a qual se acumula no fundo permanecer ali, uma vez que o eletrólito não pode circular. O movimento de eletrólito, o qual necessariamente ocorre com um tubo de comunicação, tal como este, é suficiente para se vencer a estratificação de ácido.

[009] O fator crítico para isto é que os elementos de parede se estendem para cima tão longe na direção da cobertura a qual fecha as áreas de célula para que nenhuma quantidade significativa de eletrólito extravase sobre os elementos de parede para a área de volume adjacente durante um movimento da bateria recarregável durante uma operação normal, quer dizer, no caso de a bateria recarregável ser tombada, acelerada ou desacelerada.

[0010] Mais ainda, a funcionalidade dos tubos de comunicação pode ser assegurada apenas se a pressão for equalizada na área superior entre as áreas de volume, de modo que a pressão de ar no eletrólito localizado nas áreas de volume seja aproximadamente a mesma. Uma conexão de equalização de pressão é provida entre as áreas de volume para esta finalidade.

[0011] Durante uma operação normal, o ângulo entre um plano definido por cada um dos elementos de parede e o nível de eletrólito na posição de repouso é aproximadamente de 90°. Uma operação normal ainda ocorre quando o ângulo entre o nível de eletrólito e o plano definido por um elemento de parede é reduzido para 83°, de preferência para 80°, e, particularmente, de preferência para 70°. O objetivo é que o eletrólito deve ser impedido de extravasar sobre a borda superior dos elementos de parede até uma posição inclinada do nível de eletrólito tal como este, de modo a se obter o efeito dos tubos de comunicação durante esse carregamento normal.

[0012] De forma correspondente, os elementos de parede devem se estender, portanto, tão longe para cima para que, quando preenchidos com o eletrólito até a altura de preenchimento nominal especificada pelo fabricante, o eletrólito não possa extravasar entre o nível de eletrólito atual e um nível de eletrólito normal definido no alojamento de bateria recarregável, até um ângulo de pelo menos 7o. Em uma modalidade preferida, este ângulo é de pelo menos 10°, e, em uma modalidade particularmente preferida, é de pelo menos 20°.

[0013] É vantajoso que um elemento de parede seja disposto imediatamente adjacente a uma parede de área de célula vertical, de modo que uma seção de parede vertical se estenda sobre a altura dos eletrodos, os quais são na forma de placas e são mantidos na área de célula, e uma seção de parede horizontal se origina a partir da seção de parede vertical acima das placas de eletrodo. Em uma modalidade tal como esta, uma seção de parede vertical adicional pode se estender a partir da seção de parede horizontal, oposta aos eletrodos, na direção da seção de cobertura da área de célula. Isto resulta em uma área de armazenamento acima das placas de eletrodo, na qual o ele-trólito pode se acumular, o qual flui a partir da área inferior na área de volume durante um movimento para frente da bateria recarregável. Durante um movimento para trás da área de volume, ou quando ela estiver subsequentemente estacionária, o eletrólito o qual foi acumulado na área de coleta, então, mais uma vez, flui para baixo através da área inferior das áreas de volume, as quais se comunicam umas com as outras para as áreas de volume adjacentes. Isto resulta em um fluxo para frente e para trás do eletrólito, o que leva a uma mistura por turbulência.

[0014] Em uma modalidade vantajosa, particularmente quando as placas de eletrodo são próximas umas das outras e permitem que apenas uma quantidade desprezível de ácido passe através dali, as áreas de volume são parcialmente compartimentalizadas por bordas laterais, as quais são adjacentes umas às outras, das placas de eletrodo empilhadas. As bordas laterais das placas de eletrodo as quais são separadas umas das outras por separadores, em conjunto com estes separadores, formam, portanto, uma parte dos elementos de parede.

[0015] Os elementos de parede podem se estender entre duas paredes laterais mutuamente opostas das áreas de célula, e podem ser conectados de uma maneira selada a estas paredes laterais. Isto resulta em uma área de volume ser delimitada em uma direção definida de tombamento. Os elementos de parede preferencialmente se estendem entre as paredes laterais proximamente adjacentes de uma área de célula retangular.

[0016] Cada uma das áreas de célula pode ter dois elementos de parede mutuamente opostos, de modo a se criarem áreas de volume nas seções de área de célula, as quais são adjacentes a paredes laterais opostas. Os tubos de comunicação se tornam ativos, portanto, durante um movimento para frente e para trás em ambas as seções opostas de área de célula, com a área de armazenamento em uma seção de área de célula sendo preenchida durante um movimento para frente, e a área de armazenamento na área de volume oposta sendo esvaziada ao mesmo tempo. O processo é revertido de forma correspondente durante um movimento para trás.

[0017] Os elementos de parede podem ser conectados de uma maneira selada a uma parte de cobertura adjacente do alojamento de bateria recarregável, o que, em cada caso, fecha as áreas de célula no topo. Isto impede completamente que o eletrólito extravase sobre as bordas superiores dos elementos de parede. Contudo, em uma modalidade tal como esta, uma conexão de equalização de pressão deve ser provida, por exemplo, feita através de orifícios os quais passam através da parte de cobertura a partir da área de volume.

[0018] A invenção será explicada em maiores detalhes no texto a seguir com referência a uma modalidade de exemplo e aos desenhos anexados, nos quais:

[0019] a figura 1 mostra uma vista em corte através de uma bateria recarregável que tem duas áreas de volume, as quais são separadas por um elemento de parede;

[0020] as figuras 2a e b mostram a bateria recarregável mostrada na figura 1 em duas posições inclinadas opostas;

[0021] a figura 3 mostra um esboço de um elemento de parede, o qual é inclinado para cima, em um alojamento de bateria recarregável; e

[0022] a figura 4 mostra um esboço de um elemento de parede, o qual é disposto acima de uma pilha de placa de eletrodo.

[0023] A figura 1 é uma vista em corte de uma bateria recarregável 1 a qual tem um alojamento de bateria recarregável 2 de uma maneira conhecida por si, o qual é fechado de uma maneira conhecida por si por uma cobertura (não mostrada). Canais de desgaseificação podem ser formados de uma maneira conhecida por si na cobertura, o que, por exemplo, é na forma de uma cobertura dupla com uma parte de cobertura superior e uma inferior com almas entre elas.

[0024] O alojamento de bateria recarregável 2 é subdividido em áreas de célula, com a seção na figura 1 mostrando uma dessas áreas de célula 3. Os eletrodos 4 na forma de placas são empilhados nas áreas de célula 3, adjacentes uns aos outros, mas separados uns dos outros por separadores.

[0025] Neste caso, as placas de eletrodo 4 podem ser inseridas em receptáculos de separador. Uma pilha de placa de eletrodo tal como esta tem placas de eletrodo alternadamente positivas e negativas.

[0026] As áreas de célula 3 são preenchidas com eletrólitos líquidos, em particular, com ácido sulfúrico, de modo a se formar, em conjunto com os eletrodos 4, um elemento eletroquímico. A área 5 representa um eletrodo com uma concentração mais alta.

[0027] Pelo menos um elemento de parede 6 é adaptado nas áreas de célula 3 e se estende para cima acima do nível de eletrólito 7, quando este nível estiver na altura de preenchimento nominal especificada pelo fabricante. A título de exemplo, o elemento de parede 6 tem uma primeira seção, a qual se estende paralela a uma borda lateral das placas de eletrodo 4, uma seção horizontal a qual se origina, por exemplo, transversalmente, em um ângulo acima das placas de eletrodo 4, e uma seção de extremidade vertical, a qual é adjacente a isto e passa através do nível de eletrólito 7, quando estiver na altura de preenchimento nominal. Isto resulta em uma primeira área de volume 8 no lado esquerdo da área de célula 3 sendo delimitada, a referida área de volume tendo uma área de armazenamento na área superior. Uma segunda área de volume 9 é delimitada a partir da primeira área de volume 8 pelo elemento de parede no lado direito da área de célula 3.

[0028] A primeira área de volume 8 e a segunda área de volume 9 são conectadas a cada outra, para a provisão de comunicação, na área inferior. Para esta finalidade, em uma modalidade de exemplo preferida, é possível que o elemento de parede 6 não se estenda completamente na área inferior tão longe quanto aquela borda do alo- jamento de bateria recarregável 2, a qual corre inclinada para dentro. Contudo, também é possível que o elemento de parede 6 seja conformado para ser integral com o alojamento de bateria recarregável 2 na área inferior e que aberturas sejam providas na área inferior do elemento de parede 6, através do que o eletrólito pode fluir a partir da primeira área de volume 8 para a segunda área de volume 9, e vice- versa.

[0029] O fator importante é que o elemento de parede 6 se estenda pelo menos tão longe para cima para acima do nível de eletrólito 7 para que nenhuma quantidade significativa de eletrólito flua sobre a borda superior do elemento de parede 6 durante uma operação normal.

[0030] Mais ainda, as aberturas 10 na área superior das áreas de volume 8, 9 asseguram que haja uma conexão de equalização de pressão entre as áreas de volume 8, 9, como resultado do que a pressão de ar é a mesma na área superior das áreas de volume 8, 9.

[0031] Isto resulta em um sistema de tubos de comunicação. Os tubos de comunicação e os vasos de comunicação são vasos os quais são abertos no topo, mas os quais são conectados a cada outro no fundo, e nos quais o nível de líquido é tão alto quanto os pesos específicos predeterminados no estado de equalização, independentemente do volume dos vasos os quais se comunicam uns com os outros.

[0032] A figura 2 mostra uma bateria recarregável 1 a partir da figura 1 em duas posições tombadas opostas. Na figura 2a, a bateria recarregável está tombada para a esquerda, o que leva a níveis de eletrólito diferentes 7a, 7b na primeira área de volume 8 e na segunda área de volume 9. A diferença dentre os dois níveis de eletrólito 7a, 7b resulta em uma equalização nas áreas de volume, de modo que o eletrólito flua a partir do fundo através da conexão de comunicação entre as primeira e segunda áreas de volume 8, 9 na área inferior da segun- da área de volume 9 para a primeira área de volume 8. Um eletrólito mais altamente concentrado (área 5) é alimentado para cima, portanto, onde ele é misturado com um eletrólito menos concentrado.

[0033] No tombamento para trás na posição tombada oposta mostrada na figura 2b, o nível de eletrólito 7a na primeira área de volume 8 é mais alto do que o nível de eletrólito 7b na segunda área de volume 9. Isto leva ao eletrólito armazenado na primeira área de volume 8 parcialmente fluindo para trás de novo para a segunda área de volume 9 através da conexão de comunicação na área inferior das áreas de volume 8, 9. Este fluxo produz um vórtice o qual leva ao eletrólito altamente concentrado (área 5) e ao restante do eletrólito ser misturado completamente.

[0034] A direção de fluxo na área inferior das áreas de volume 8, 9 é indicada pelas setas.

[0035] O fator importante é que os elementos de parede 6 impedem o eletrodo de fluir para trás e para frente na área superior do nível de eletrólito, conforme indicado pelas setas tracejadas.

[0036] Um fator crítico adicional para o princípio funcional que é usado é que os elementos de parede 6 são desenhados suficientemente altos para que nenhuma quantidade significativa do eletrólito possa fluir sobre a borda superior dos elementos de parede a partir de uma área de volume para a área de volume adjacente. Isto assegura que o eletrólito possa fluir apenas através da conexão de comunicação na área inferior das áreas de volume 8, 9. Isto tem a vantagem de qualquer lama e resíduos de partícula os quais ocorrem na área inferior não serem feitos circular, desse modo se aumentando o risco de formação de curto-circuito.

[0037] A figura 3 mostra um esboço do elemento de parede o qual é inclinado acima das placas de eletrodo e tem uma seção que se estende verticalmente para cima na extremidade inclinada. O elemento de parede 6 se estende ao longo de uma borda lateral das placas de eletrodo sobre uma proporção considerável da altura das placas de eletrodo. Um elemento de parede correspondente também pode ser disposto no lado oposto, além do elemento de parede ilustrado, de modo a se delimitarem duas áreas de volume laterais a partir da área de volume central 9.

[0038] É vantajoso que os elementos de parede se estendam entre aquelas paredes laterais de uma área de célula 3 as quais sejam próximas umas das outras, quer dizer, não paralelas às placas de eletrodo 4.

[0039] A figura 4 mostra uma outra modalidade de um elemento de parede 6, em que uma parte do elemento de parede é formada pelas bordas laterais das placas de eletrodo 4. Portanto, o elemento de parede 6 tem apenas uma seção horizontal disposta acima das placas de eletrodo e uma seção vertical, a qual se origina a partir dali e se estende para cima na direção da cobertura (não ilustrada) do alojamento de bateria recarregável 2.

Claims (10)

1. Bateria recarregável (1) que tem um alojamento de bateria recarregável (2) o qual tem pelo menos uma área de célula, que tem uma pluralidade de eletrodos (4) e tendo eletrólitos líquidos em cada área de célula (3) e tendo em cada caso pelo menos um elemento de parede (6) nas áreas de célula (3), de modo a se subdividir as áreas de célula (3) em cada caso em pelo menos duas áreas de volume (8, 9), as quais se comunicam uma com a outra, onde há uma conexão de comunicação na área inferior das áreas de volume (8, 9), entre as áreas de volume (8, 9) para o eletrólito líquido, e há uma conexão de equalização de pressão na área superior das áreas de volume (8, 9) entre as áreas de volume (8, 9), de modo a se garantir que a pressão de ar seja a mesma nas áreas de volume (8, 9), as quais se comunicam uma com a outra,caracterizada pelo fato de os elementos de parede (6) se estenderem pelo menos tão longe para cima para que, em uma primeira etapa, quando uma carga de movimento for aplicada à bateria recarregável (1), um eletrólito flua para pelo menos uma área de volume (8,9) através da conexão de comunicação na área inferior e,na segunda etapa, o eletrólito flua para fora desta pelo menos uma área de volume (8, 9) de novo através da conexão de comunicação na área inferior, sem um eletrólito líquido extravasar de uma área de volume para a área de volume adjacente (8, 9) sobre a borda superior dos elementos de parede (6).

2. Bateria recarregável (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de os elementos de parede (6) se estenderem tão longe para cima para que um eletrólito não possa extravasar entre o nível de eletrólito atual (7) e um nível de eletrólito normal definido no estado horizontal, até um ângulo de pelo menos 7o.

3. Bateria recarregável (1), de acordo com a reivindicação2, caracterizada pelo fato de os elementos de parede (6) se estenderem tão longe para cima para que o eletrólito não possa extravasar entre o nível de eletrólito atual (7) e um nível de eletrólito normal defi-nido no estado horizontal, até um ângulo de pelo menos 10°.

4. Bateria recarregável (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de os elementos de parede (6) se estenderem tão longe para cima para que o eletrólito não possa extravasar entre o nível de eletrólito atual (7) e um nível de eletrólito normal defi-nido no estado horizontal, até um ângulo de pelo menos 20°.

5. Bateria recarregável (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de um elemento de parede (6) ser disposto separado por um espaço de uma parede de área de célula vertical, de modo que uma seção de parede vertical se estenda sobre a altura dos eletrodos (4), os quais são na forma de placas e são mantidas na área de célula, e uma seção de parede horizontal se originar a partir da seção de parede vertical acima das placas de eletrodo (4).

6. Bateria recarregável (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de uma seção de parede vertical adicional se estender a partir da seção de parede horizontal, oposta aos eletrodos (4), na direção do fechamento de cobertura da área de célula (3).

7. Bateria recarregável (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de as áreas de volume (8, 9) serem parcialmente compartimentalizadas por bordas laterais, as quais são adjacentes uma à outra, das placas de eletrodo empilhadas (4), as quais formam parte dos elementos de parede (6).

8. Bateria recarregável (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de os elementos de parede (6) se estenderem entre duas paredes laterais mutuamente opostas das áreas de célula (3) e serem conectados de uma maneiraselada a estas paredes laterais.

9. Bateria recarregável (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de as áreas de célula (3) terem, cada uma, dois elementos de parede (6), de modo a se criarem áreas de volume (8, 9) nas seções de área de célula as quais são adjacentes às paredes laterais.

10. Bateria recarregável (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de os elementos de parede (6) serem conectados de uma maneira selada a uma parte de cobertura adjacente do alojamento de bateria recarregável (2), o que em cada caso fecha as áreas de célula (3) no topo, e uma conexão de equalização de pressão ser feita através de orifícios, os quais passam através da parte de cobertura a partir das áreas de volume (8, 9).

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