CN101652881A - 蓄电器件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于电化电池的构件，该构件包括电化活性膏剂团块，所述膏剂团块具有嵌入其中的两个或者更多导电的被电隔离的电极。端子从该团块凸出并且被电连接到电极。该团块能够自支撑，或者能够具有位于多孔基板的一个面上的层的形式。在基板的另一侧上具有膏剂。在基板一侧上的膏剂可以是正的，并且在基板另一侧上的膏剂可以是负的，由此该构件构成电池。

Description

蓄电器件

技术领域

本发明涉及一种蓄电器件。

背景技术

铅酸电池组被广泛地使用。它们在需要在短时期提供高的起动电流的能力的机动车辆中使用。它们还在在干线电源故障的情形中需要备用电力，而装备不具有适合于提供备用发电机的足够尺寸的装备中使用。被大量地使用的这种电池组还用于向仅仅要求短距离的运载工具的电动机提供功率。在铅酸类型的电池组的存在期间，已经对其进行了改进，但是自问世以来，其尚未发生任何根本性的改变。

出于诸如为并不需要高电流的电子设施提供功率的其它目的，已经研制出来锂铁和镍镉电池组。

上述所有电池组都是所谓的二次电池，这意味着它们是能够被充电的。

在本PCT申请PCT/IB2006/002784(在2007年4月19日以WO2007/042892公开)的说明书中，公开了一种蓄电电池组，它具有正和负充电端子以及正和负放电端子。该电池组的构造基于在其上具有的正和负膏剂(paste)的铅板。该电池组能够同时地充电和放电。当例如被装配到机动车辆时，充电端子被连接到车辆的交流发电机并且放电端子被连接到车辆的电气设备。

本发明的目的在于提供一种蓄电电池组，它具有新颖的构造，并且能够如在以上标明的PCT申请中公开的一样，被同时地充电和放电。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于电化电池的构件，该构件包括构成电极的第一和第二导电轨道(track)，除每一个轨道的连接翼片(tab)之外，该轨道被嵌入电化活性电池组膏剂中，并且被所述膏剂物理地相互分离，从而在该第一和第二轨道之间无任何直接电接触。

每一个轨道均优选地包括第一电极条带，从所述第一电极条带中延伸多个平行、隔开的第二电极条带，轨道的第二条带是多分支(imtermeshed)的，使得第一轨道的第二条带与第二轨道的第二条带交替。

为了形成电化电池，使用如上限定的两个构件，一个构件的电化活性膏剂是正的，并且另一构件的电化活性膏剂是负的，构件被并置并且在其间存在多孔、电绝缘的间隔器(spacer)。

根据本发明的第二方面，提供一种用于电化电池的构件，该构件包括多孔基板，该基板在其一侧上具有第一和第二被电隔离的导电轨道，每一个轨道构成电极并且被连接到各自的端子，并且电化活性膏剂层覆盖所述轨道。

可以通过模制将轨道提供在基板上，或者以另外形成轨道并且然后将其固紧到基板上。以此形式，轨道能够位于基板中的凹槽内。在一种可选形式中，通过蚀刻掉基板上的金属涂层以保留具有轨道结构的剩余金属，来提供轨道。能够利用耐酸金属来涂覆所述剩余金属。在进一步的方法中，通过电镀多孔基板而提供所述轨道。

为了形成电池，该构件能够在基板的另一侧上具有第三和第四被电隔离的导电轨道，该第三和第四轨道构成电极并且被连接到各自的电池组端子，并且存在覆盖所述第三和第四轨道的电化活性电池组膏剂，覆盖第一和第二轨道的膏剂具有与覆盖第三和第四轨道的膏剂相反的极性。

为了形成电池组，第一、第二、第三和第四轨道的端子分别地相互电连接，由此该电池具有两个负和两个正端子。

根据本发明的第三方面，提供一种电化电池，该电化电池包括多孔基板，该基板具有：在其一侧上的第一和第二被电隔离的导电轨道，该轨道构成电池组电极并且被连接到各自的端子，第一电化活性膏剂层覆盖所述第一和第二轨道，所述第一电化活性膏剂层和第一和第二轨道构成电池的阴极；在基板另一侧上的第三和第四被电隔离的导电轨道，第三和第四轨道被连接到各自的端子，并且第二膏剂层覆盖所述第三和第四轨道，第二电化活性膏剂层和第三和第四轨道构成电池的阳极。

根据本发明的第四方面，提供一种用于电化电池的构件，该构件包括基板，该基板具有：在其一侧上的第一导电轨道，该轨道被连接到第一电池组端子；覆盖所述第一轨道的电化活性正膏剂层；在基板另一侧上的第二导电轨道，该第二轨道被连接到第二电池组端子；以及，覆盖所述第二轨道的电化活性负膏剂层。

为了使得能够使用两个或者更多个充电源，以及向两个或者更多个功耗器件提供功率，可以提供被连接到各自的充电和/或放电端子的多于两个的轨道。

根据本发明的第五方面，提供一种制造用于电化电池的构件的方法，该方法包括形成电化活性膏剂层，靠着所述层安置第一和第二被电隔离的导电电极，并且利用另外的膏剂覆盖所述电极，由此将该电极嵌入。

所述膏剂层能够在模具盒中形成，电极被置于层上并且然后被另外的膏剂覆盖。

附图简要说明

为了更好地理解本发明，并且示出可以如何地实施本发明，现在将通过示例的形式对附图进行参考，其中：

图1是电池组壳体的示图；

图2是电池构件的前视图；

图3是在图2的线I11-I11上的截面并且示出一种被修改的构造；

图4是图2的电池构件的示图；

图5是形成电池组电池的所述构件的装配的示图；

图6是三个电池组电池的示图；

图7是装配有连接器和端子的图6的电池的示图；

图8示出在图1的电池组壳体中的图7的电池；

图9是另外的电池构件的示图；

图10示出了包括图9的构件的电池组；

图11是电池构件的另外的形式的示图；

图12示出电池组电极的部分和定位元件的部分；

图13是示出图11构件生产的截面；

图14是进一步的构件的边缘视图；

图15和16示出了具有如在图8或者图10中所示的电池组的装备；以及

图17示出了燃料电池。

具体实施方式

首先参考图1，所示出的电池组壳体10包括在其中具有两个竖直分隔壁(partition)14的基部12和在其中具有七个孔的盖16。在电池组已被电解液填充之后，孔18的行通过插塞(未示出)而被封闭。电池组的四个端子通过孔20凸出。

一旦电池(在下文中描述)已被置于由分隔壁14和壳体10的壁限定的隔室中，盖16便被热密封到基部12。

现在转至图2，所示出的结构包括由非导电材料制成的基板22。该基板可以例如由用于制造印刷电路板(被称作“Viroboard”)的材料制成。这种材料可以以片状获得，并且在其中具有大量小孔。所述的孔允许电解液进入材料中，因此对于本发明的目的而言，能将其视为是多孔的。还可以使用具有芯吸作用并且允许电解液通过其迁移的材料。该基板具有矩形形式，并且具有从其中凸出的四个一体翼片24、26、28和30。如从下面的说明可以理解地，在图2中仅仅示出基板22的小部分。

每一个均构成电池组电极的两个导电轨道32和34被设于基板22的可视面上。为了便于示意，已经将轨道32沿着一个方向划有阴影线，并且已经将轨道34沿着另一方向划有阴影线，并且基板22的可视部分保持原样。

轨道32包含(cover)大部分的翼片24并且沿着基板22的一个竖直边缘以及沿着下水平边缘延伸。轨道32的条带36从轨道32的沿着基板的下边缘延伸的部分竖直向上地凸出。

轨道34包含(cover)翼片26并且几乎跨过基板22的顶边缘的全部宽度延伸。条带38从轨道34的沿着基板的顶边缘延伸的部分向下地延伸。条带36和38相互交叉但是并不接触。在这个意义上，轨道被相互电隔离。

在基板的另一侧上存在相同布置的轨道，这些轨道终止于翼片28和30处。在图4中，小部分的这些轨道在40和42处可视。

能够使用在每一侧上具有薄的铜层的基板生产轨道32、34、40和42。所述层被掩膜覆盖以保护铜的将被保留的区域，并且暴露出的铜被蚀刻。在移除掩膜之后，利用例如铅、镉、锂或者镍的耐酸金属或者利用耐酸金属氢化物电镀剩余的铜。在使用中，可能的是，剩余的铜将被侵蚀，但是耐酸金属得以保留。

然后利用电化活性氧化物膏剂涂覆基板的面，该膏剂能够是例如氧化铅、氧化镉、氧化锂或者氧化镍。如果使用铅，则在其中具有碳黑并且被称作“膨胀剂”的氧化铅能够被用作电化活性负膏剂并且不含碳的氧化铅能够被用作电化活性正膏剂。

膏剂完全地覆盖基板的两个面，使得轨道除在翼片24、26、28和30上的部分之外被嵌入膏剂中。各轨道构成板的电极。

同时具有电极以及正和负电化活性膏剂的图2、3和4的构件因此同时具有阳极和阴极，并且用作产生低电压的电池。

以图3的形式，该基板在其两个面中具有凹槽44，轨道位于凹槽44中。图3中的轨道能够被铸造、或者另外形成并且然后被压入凹槽44中。能够提供诸如凹槽和轨道的联锁部件的适当的装置，以将轨道固紧到位。

如果基板中的凹槽延伸到基板的顶边缘和底边缘，则轨道能够滑动到它们中而不是被压入。为此目的所需的轨道32在翼片24上的部分应该终止于所示的跨过翼片24延伸的虚线处，从而防止轨道在它们被滑入时相互干扰。

根据另外一种制造方法，轨道被铸造或者模制，并且然后被置于注模的模腔中。一旦模具已被封闭，塑料材料便被注入在轨道之间的窄的间隙中以形成薄的基板22。模制基板的塑料材料是多孔的，从而允许电解液通过其渗入。

轨道32、34、40、42的条带36、38的相互交叉的布置保证了大量的膏剂靠近轨道。虽然这种布置是一种实现起来简单的布置，但是使得大量的两种膏剂团块邻近轨道的任何其它轨道的布置也能够被采用。

还能够将耐酸金属电镀到多孔合成塑料材料的薄的基板上，由此形成轨道。

图5示出如在图2、3和4中所示意的被相互并置的五个构件，在其间存在四个多孔耐酸分离器46。图5的结构构成如传统使用的术语中所述的电池。

图6与图5相似，但是示出了一起地构成电池组的三个电池C1、C2和C3。

在图7中，电池也被表示为C1、C2和C3。延伸到被表示为C1和C2的电池的翼片24上的轨道32被桥接件48相互连接，并且同样地在电池C1和C2的翼片26上终止的轨道34已经被桥接件50相互连接。

延伸到电池C1的翼片28上的轨道40被桥接件52连接，端子54从桥接件52凸出。同样地，延伸到翼片30上的轨道42被桥接件56相互连接，端子58从桥接件56凸出。

桥接件60和62连接电池C3的正轨道，并且端子64和66从桥接件60和62凸出。桥接件68和70将电池C2的正轨道结合到电池C3的负轨道。符号+和-已被插入图7以示意构件的极性。

端子64和66是正充电和正放电端子，并且端子54和58是负放电和充电端子。形成用于充电的电极轨道的材料能够具有比构成用于放电的轨道的导电材料更高的导电率。

在图8中，三个电池C1、C2和C3位于基部12的隔室中。当盖16被压到基部上时，端子54、58、64和66通过孔20凸出，电解液被倒入并且插塞(未示出)被插入填充孔18中。

覆盖轨道的电化活性膏剂是多孔的，并且电解液可以渗入该膏剂。因为基板22被穿孔，或者另外是多孔的，电解液最终在两个膏剂层之间桥接。因此，如在上面指出的，具有负和正这两种膏剂材料的图2构件自身构成电池，其中电解液与这两种膏剂材料接触。

如果并不期望在前段中描述的电池能够同时地充电和放电，则轨道32和34能够被相互电连接并且被电连接到单一端子，同样地，轨道40、42能够被相互电连接并且被电连接到单一端子。

实验工作已经表明，当从太阳面板获得充电电流时，电池组会“自行调节”，电池组在当太阳能失去时的傍晚被完全充电。实验工作已经进一步表明，当太阳能或者另一能源被用于产生充电电流时，通过调节充电和放电电流，“过量充电”是可能的。这使得产生了形成气泡溢出并且能够被收集的氢气和氧气。

在图9中示出另外的电池构件72。板72的基板是薄的、柔性的和多孔的并且能够被卷成柱形形式。在图2的电池构件和图9的构件之间的主要差别在于，构件72是细长的矩形形式(如与基本正方形的相对比)并且被表示为74、76、78和80的翼片被不同地定位。如与全部从同一边缘凸出的图2中的翼片相对比，这些中的两个翼片从基板的相对的较长边缘中的每一个凸出。

图10的电池组包括通过被表示为84的端子结构在一端被封闭的柱形壳体82。结构84包括通过被表示为90和92的分离器彼此绝缘，并且与壳体的剩余部分绝缘的两个端子86、88。

通过被标注为94的另外的端子结构将壳体的另一端封闭。结构94还提供通过分离器100和102而相互绝缘并且与壳体被电绝缘的、被表示为96和98的两个端子。

翼片74、76、78和80被连接到端子86、88、96和98中的各自的一个。这在壳体的一端处提供了负充电和放电端子，并且在壳体的另一端处提供了正充电和放电端子。

图11所示的电池构件104包括如将参考图13在下文中描述地生产的电化活性电池组膏剂的矩形块106。

具有在图2中所示的形式的两个轨道108、110嵌入在膏剂中。轨道以如此方式位于电池组膏剂团块中，使得它们被相互间物理地隔离并且因此不直接电接触。轨道的连接翼片112、114从膏剂团块的上边缘凸出。

能够利用铸造或者模制、或者由焊接或者被另外固紧到一起的单独的构件来制造轨道。对于较小的电池组，轨道能够由导电材料薄条带构成。对于较大电池，轨道能够是矩形或者圆形截面的更厚的棒。每一个嵌入轨道均构成电极。

为了保证在轨道之间无任何直接电接触，可以使用定位元件。在图12中，圆杆116、118形成一个轨道的部分，并且杆120形成另一轨道的部分。所示的定位元件122包括用于容纳杆的环124和结合环124的带子126。元件122由电绝缘材料制成，所述电绝缘材料能够抵抗元件122所暴露的电池组膏剂和电解液的侵蚀。

能够在诸如图13所示的矩形模具盒128中生产图11的构件。该模具盒具有基部130，该基部130包括下壁部分132和宽松的(loose)上壁部分134。

膏剂层起初地被置于模具盒中，层厚大约是构成最终电池组板的并且被刮擦以与下壁部分132的顶边缘齐平的团块厚度的一半。

该两个轨道然后被置于膏剂层上并且被定位，使得在它们之间没有直接接触。翼片112、114从壁部分132凸出。部分134被置于部分132上，并且然后利用膏剂将模具盒填充至部分134的壁的上边缘水平，由此在膏剂中嵌入轨道。部分134被配置为围绕凸出翼片112、114而固定。

可以理解，诸如用于提供备用电能的较大的电池组具有比例如机动车辆电池更加庞大的构造。在以上实施例中，构成电极的轨道在同一平面中。然而，在较大电池组中，构成板的膏剂团块足够厚以允许轨道被沿着团块厚度的方向隔开。在图14中，电化活性膏剂的团块140中并排地示出电隔离电极136、138。

经常是由于电极侵蚀，而使得电池组达到使用寿命的终点。除非通过电池组的电流总是高于设计数值，否则膏剂通常仍然在可用状态中。

根据本发明，可能的是，如果电极被侵蚀，则可以提供能够被更换的电极。为了实现这点，围绕塑料或者金属成型器铸造膏剂团块，该成型器以如此方式渐缩，即，使得在膏剂已经硬化之后，能够易于将其从膏剂中抽出。这在膏剂中留出渐缩的空腔，在所述空腔中能够插入金属电极。如果被证实必要的话，则能够将这些电极抽出以进行更换。

在上述所有形式的电池构件中，在每一个膏剂团块中存在两个电极。然而，可以将多于两个的电极结合到每一个膏剂团块中，其中端子数目的相应地增加。

就考虑到充电而言，具有两个充电电极使得为了充电目的能够将两个或者更多能量源连接到电池组。在放电方面，电极能够被用于提供不同的功率输出。

根据另一制造方法，能够在两个辊子之间向下地进送多孔基板片。每一个辊子在其面中均具有复制在基板上需要的轨道的凹槽的样式。膏剂被馈送到在基板两侧上的辊子之间的压区(nip)中。辊子由其上不附着膏剂的材料制成，并且基板由其上附着膏剂的材料制成。当辊子转动时，膏剂填充凹槽，并且被转移到基板的两个端面上。

现在转至图15，由此示出结合有如上所述的电池组的装备。该电池组被表示为B。

附图标记142代表具有12伏特直流充电电流的源。该源可以是具有整流器的，并且如果有必要的话，是具有变压器的交流发电机。交流发电机体不被接地而是被固定，从而使其与安装在上面的底座144隔离。在146处示出绝缘垫片。该底座能够是机动车辆的金属体。直流充电电流的源142的正和负端子被分别地连接到电池组端子64和58。

功耗装置大体上由148代表，并且可以例如是在机动车辆上消耗功率的所有的器件。燃料泵是当车辆发动机运行时的主要功率消耗设备，并且在夜间车灯也消耗相当的功率。装置148跨接电池组端子66和54。

可以理解，在所示意的装备中，从电池组B而不直接地从电源142为功耗装置148供电。

实验工作已经表明，与具有传统设计的机动车辆相比，具有如在图15中所示的电装备的机动车辆每行驶100Km消耗更少的燃料，在传统设计中，直接地从源142获取能量，并且电池组仅仅向起动马达提供电力，并且当发动机被关闭并且源142不进行发电时向车辆的其它电设施提供“备用”能量。

在图15中，源142可以是发电太阳能面板，电池组B可以是锂铁或者镍镉类型，并且装置128可以是诸如蜂窝电话的电子仪器。太阳能面板能够被固定到蜂窝电话壳体的外表面，并且当被暴露于光线时向电池组B提供充电电流。

在图16的装备中，存在串联连接并且提供大约36伏特的电压的三个电池组B1、B2和B3。附图标号150表示驱动直流充电电流的源152的汽油或者柴油发动机，其中，所述源152可以是发电机或者交流发电机。源152的各输出端子跨接电池组B1、B2和B3的各充电端子。

电动马达154由电池组B1、B2和B3驱动，并且跨接各放电端子。在图16中示出的装备适用于为机动车辆供能。

在图17中，附图标号156代表燃料电池，该燃料电池能够用于从向其供应的氢和氧来产生电能，或者当向其供应电能时产生氢和氧，或者该燃料电池是可逆的并且能够用于这两个目的。

燃料电池156包括具有主壁158的壳体，主壁158在它们之间限定尺寸足以容纳如参考图1到4描述的电池组板160或者如参考图9描述的电池组板的隔室。窄端壁162在它们之上具有竖直延伸的肋条164，板160的竖直边缘滑入肋条164中。肋条164和该竖直边缘相配合从而将板160的一侧上的空间与另一侧上的空间密封，使得气体不能在这些空间之间流动。

壳体的上端被密合配件封闭或者在盖166上被密封，盖166中具有两个气体进口和出口端口168。盖166和板160的上边缘形成密封由此将所述空间隔离。

每一个端口168均在其中具有竖直分隔壁，分隔壁将端口细分。每一个端口168的分部(part)均分别地与所述空间之一连通，该分隔壁防止端口分部中的气体混合。盖中具有两个通道，每一个通道均通向端口168的一个分部。

板的相对面用作阳极和阴极，当电流流动时产生氢气和氧气。所产生的气体经由端口168的分部从壳体流入通道中。

能够在外罩中包含如在图17中所示的多个电池156，该外罩提供如在图17中所示的多个平行壁158。这提供了多个隔室。盖具有端口并且提供有使得所产生的氧气能够被引导到公共出口并且所产生的氢气能够被引导到另一公共出口的通道。

Claims (17)

1.一种用于电化电池的构件，包括构成各电极的第一和第二导电轨道，除所述每一个轨道的连接翼片之外，所述各轨道嵌入电化活性电池组膏剂中并且被所述膏剂物理地相互分离，从而在所述第一和第二轨道之间无任何直接电接触。

2.根据权利要求1的构件，其中所述每一个轨道均包括第一电极条带，多个平行、隔开的第二电极条带从所述第一电极条带延伸，所述轨道的所述第二条带是多分支的，使得所述第一轨道的所述第二条带与所述第二轨道的所述第二条带交替。

3.一种电化电池，包括根据权利要求1或者权利要求2的两个构件，所述一个构件的电化活性膏剂是正的，并且所述另一个电池组板的电化活性膏剂是负的，所述的板被并置，并且在其间存在多孔的电绝缘间隔器。

4.一种用于电化电池的构件，所述构件包括多孔基板，所述多孔基板在其一侧上具有第一和第二被电隔离的导电轨道，所述每一个轨道均构成电极并且被连接到各自的端子，以及覆盖所述各轨道的电化活性膏剂层。

5.根据权利要求4的构件，其中，通过模制将所述轨道提供在所述基板上，或者另外形成所述轨道，并且然后将所述轨道固紧到所述基板。

6.根据权利要求5的构件，其中，所述轨道位于所述基板中的凹槽内。

7.根据权利要求4的构件，其中，通过蚀刻掉所述基板上的金属涂层，以保留具有所述轨道构造的剩余金属，来提供所述轨道。

8.根据权利要求7的构件，其中，利用耐酸金属涂覆所述剩余金属。

9.根据权利要求4的构件，其中，通过电镀多孔基板来提供所述轨道。

10.根据权利要求4到9中任何一项并且在所述基板的另一侧上具有第三和第四被电隔离的导电轨道的构件，所述第三和第四轨道构成电极并且被连接到各自的电池组端子，并且存在电化活性电池组膏剂覆盖所述第三和第四轨道，覆盖所述第一和第二轨道的膏剂具有与覆盖第三和第四轨道的所述膏剂相反的极性。

11.一种电池组，包括根据权利要求10的多个构件，所述第一、第二、第三和第四轨道的端子被分别地相互电连接，由此所述电池组具有两个负和两个正端子。

12.一种电化电池，包括多孔基板，所述基板在其一侧上具有：第一和第二被电隔离的导电轨道，所述轨道构成电池组电极并且被连接到各自的端子，第一层电化活性膏剂覆盖所述第一和第二轨道，所述第一层电化活性膏剂和所述第一和第二轨道构成所述电池的阴极；在所述基板另一侧上的第三和第四导电的被电隔离的轨道，所述第三和第四轨道被连接到各自的端子，并且第二层膏剂覆盖所述第三和第四轨道，所述第二层电化活性膏剂和所述第三和第四轨道构成所述电池的阳极。

13.一种用于电化电池的构件，包括基板，所述基板具有：在其一侧上的第一导电轨道，所述轨道被连接到第一电池组端子，电化活性正膏剂层覆盖所述第一轨道；在所述基板另一侧上的第二导电轨道，所述第二轨道被连接到第二电池组端子，并且电化活性负膏剂层覆盖所述第二轨道。

14.根据权利要求1、2、4到10或者13中任何一项的构件，包括多于两个轨道，由此使得多于两个充电源和/或多于两个功耗器件能够被连接到各自的充电和/或放电端子。

15.一种制造用于电化电池的构件的方法，包括形成电化活性膏剂层，靠着所述层安置第一和第二被电隔离的导电电极，以及，利用另外的膏剂覆盖所述电极，由此嵌入所述电极。

16.根据权利要求15的方法，其中在模具盒中形成所述膏剂层，所述电极被置于所述层上，并且然后被另外的膏剂覆盖。

17.一种燃料电池，所述燃料电池当氢气和氧气馈送到其中时，能够产生电力，并且当电流流过所述燃料电池时产生氢气和氧气，使用根据权利要求1、2、4到10或者13中任何一项的构件构造所述电池。

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