CN103094500A - 外壳系统、电池和具有改进的叠层的电池支架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于铅电池的外壳系统。外壳系统包括一体的、基本上盒形的电池壳体部分，电池壳体部分具有包围内部体积的至少4个侧壁。至少一个分隔面划分所述内部体积，以便形成多个室。每个室适合于存储电池单元。该外壳系统进一步包括通道壁部分，通道壁部分具有导电体开口或端子供给通口以及至少一个流体通道开口。此外，外壳系统包括封闭壁部分，封闭壁部分用于密封所述外壳系统。至少一个分隔面中的每个分隔面基本上垂直于基本上盒形的电池壳体的相同的两个相对侧壁。本发明进一步涉及结合了上述有益的外壳系统的铅电池和电池支架。

Description

外壳系统、电池和具有改进的叠层的电池支架

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序的用于铅电池的外壳系统、铅电池和铅电池支架布局。

背景技术

铅电池是电池的常用类型，其中，电极由铅和/或二氧化铅组成，并且电解液由硫酸形成。铅电池基本上由耐酸外壳和至少两个铅片构成，其中一个铅片用作正极，而另一个铅片用作负极。

铅片被浸没到硫酸溶液中。

这个最普通的类型的铅电池在顶部配备有气体开口以防止气压聚集。当经由电解产生氢和氧时，气压增大。

可理解地，这种电池只能在确保气体开口是在外壳的顶部上的方向上被存储和操作，以便确保排气和防止酸剂的溢出。它们需要定期地用H₂O再充填。

一种特殊类型的铅电池，所谓的VRLA型电池(阀调节铅酸电池)利用调压阀被密封，并且不需要水的再充填来保持电池起作用。

此外，这种电池可以被设计成具有吸收性玻璃垫，以在玻璃纤维上具有处于吸收状态中的酸剂。这些类型的铅电池具有显著的优点，如它们可以在任何方向中被操作，并且具有减少的维持需求，即，不需要H₂O的再充填。

一个通常使用的设计是所谓的19英寸或23英寸的支架系统，该支架系统具有可从前面接近的电池端子。四个单独的12V电池被布置成适合电机箱或电支架的19英寸或23英寸宽和400或600mm深的抽屉。这些元件被配置成在前侧呈现端子通道。适合于19英寸/23英寸前通道布局的支架的外壳具有用于电池单元的基本上盒形的外壳元件和用于端子的盖，该外壳元件具有2×3结构的6个室(即，两排的三个室)。电池单元被放置到室中，以便由顶向下在内部延伸到室中并且在最上面呈现它们的单独的端子。

已经发现这个结构会带来许多缺点。对于一个部分，电池单元的由顶向下的配置由于电池的大的垂直高度而导致硫酸的层化，这又导致电池的容量和使用寿命的减少。此外，因为电池单元的两个端子处于电池极板的相同侧上，所以极板中的电阻损失致使有效的和反应的面被限制在上面第三个电池单元中。关于所述装备的一个进一步的缺点是室的2×3配置的后果。特别是在高温下操作电池的时候，需要单独电池的比较厚的外侧侧壁，以便维持极板之间的吸收性玻璃垫的压缩。进一步的缺点是支架中的单独的电池的布线和连接复杂并且易于短路。

发明内容

因此，本发明的目的是提供对于技术现状的问题的解决方案。本发明的具体目的是提供容易制造和便宜制造并且具有提高的使用寿命和容量的、以及与技术现状相比较容易安装的外壳系统、电池和电池支架布局。

利用根据独立权利要求的特征部分的用于铅电池的外壳系统、铅电池和电池支架布局，解决了问题。

本发明的一个方面涉及用于铅电池的外壳系统。该外壳系统包括一体的、基本上盒形的电池壳体部分，电池壳体部分具有至少四个侧壁。在本发明的上下文中，一体的电池壳体部分应意指所述电池壳体部分已经以整体式的方式被制造。一种制造这种一体的电池壳体部分的示范性的适当的制造处理将是注入模制。因而，电池壳体部分被一体形成。在本发明的上下文中，基本上盒形的意指所述电池壳体部分具有大致矩形形状，该大致矩形形状具有高度、长度和深度，以便构成体积。基本上盒形的电池壳体具有至少四个侧壁。四个侧壁包围内部体积。四个侧壁中的至少两个侧壁被彼此平行布置。所述内部体积被进一步划分。电池壳体部分包括用于划分所述内部体积以形成多个室的至少一个分隔面。每个所述室适合于存储电池单元或元件。根据本发明的外壳系统进一步包括通道壁部分，通道壁部分具有导电体(端子)供给通口。通道壁部分进一步包括至少一个流体通道开口。较佳地，它包括气体开口。根据本发明的外壳进一步包括用于密封外壳系统的封闭壁部分。

在较佳实施例中，外壳系统被配置成通道壁部分和封闭壁部分是基本上盒形的外壳系统的两个相对壁，外壳系统的主体由基本上盒形的电池壳体部分形成。

在较佳实施例中，四个侧壁是电池壳体部分的外壁。

封闭壁部分被用于密封面对远离通道壁部分的前部。盒形的电池壳体在内部进一步包括形成室的分隔面。

至少一个分隔面中的每个分隔面基本上垂直于基本上盒形的电池壳体的相同的两个相对侧壁。

根据本发明的外壳系统提供一系列的优点。室被构造成容纳电池单元，该电池单元在与放置外壳系统的表面相平行的方向上具有极板。通过在水平方向上具有极板，在电池单元或元件的铅片之间的间隔中的硫酸的垂直迁移和层化的路径，从作为标准19″电池的技术现状中的大约200mm，或者从23”标准电池中的250mm，减少到本发明中的几乎可以忽略的2mm以下。

本发明的一个进一步的优点是提供了电池单元可使用的室内的增加的体积。已知，在操作期间，特别是在较高的温度，元件中的吸收性玻璃垫需要压缩。为了在较高的工作温度下也确保持续的压缩，室的外部侧壁必须被加强，从而被制造成具有增加的壁厚。这减少了可用于内部电池部分的体积，并且增加了制造成本和部件成本。

根据本发明的外壳系统减少了彼此接触的室的纵向壁。因为采用根据本发明的外壳系统，室之间的壁相对较短，所以需要较少的材料来用于稳固室之间的壁。这直接导致存储操作部分，即，极板的室体积的增加，以及降低材料和制造成本。

在较佳实施例中，内部体积借助于5个分隔面被划分成6个室。分隔面被较佳地彼此平行布置。

在较佳实施例中，外壳系统适合于在每个室中容纳电池单元或元件。此外，所述电池单元或者元件适合于在水平方向上被操作。

可应用于本发明的电池单元较佳地由通过浸透酸性电解液的吸收性玻璃纤维片分隔的铅片构成。较佳地，极板被配置成具有在极板的短边缘的一侧上的正极(+)端子，和在极板的相对短边缘处的负极(-)端子。在较佳实施例中，这种极板将被设计成具有395mm到550mm的长度，较佳地，320mm到480mm的长度。极板的宽度的范围从105mm到125mm，较佳地，从95mm到115mm。

在进一步的较佳实施例中，导电体开口位于通道壁部分的相对端。通道壁部分可以被布置作为基本上矩形形状的极板。因而，极板将适合于安装到盒形的电池壳体部分上，并且在一侧上用作所述基本上盒形的电池壳体部分的开口的盖子。在本发明的上下文中，导体或者端子供给通口将位于通道壁部分的相对端并且在穿过通道壁部分的中点引出的对称轴上。

在较佳实施例中，流体，分别较佳的气道开口包括至少一个具有阀的排气口。

用于具有酸性电解液的铅电池的适当的阀和排气口对于本领域的技术人员是任意的。

在较佳实施例中，流体，分别较佳地，气道开口基本上位于通道壁板的中心点。这个中心点可以以如上的类似方式被限定，即，如极板的中点。

在进一步的较佳实施例中，通道壁部分被成形作为具有适合于安装电池壳体部分的形状的盖板。通道壁部分具有当外壳系统被完全地组装时面向外部的第一近端表面，和当外壳系统被完全地组装时面向内部的第二远端表面。

在进一步的较佳实施例中，通道壁部分具有多个气阀。更加较佳地，通道壁部分具有与电池壳体部分具有室一样多的气阀，较佳地，它具有六个气阀。此外，通道壁部分具有在近端表面上的集气管道。

在较佳实施例中，盒形的电池壳体部分、通道壁部分和封闭壁部分是分开预制的部分。较佳地，它们是整体部分。

注入模制处理可以被简单化，并且可以防止在注入模制期间导致外壳壁的不均匀厚度的多余的模芯移动/偏转。

外壳系统可以用热板焊技术或者通过胶粘被密封，并且任何剩余的电池空隙可以用适合的填充剂装满。

本发明的一个方面涉及用于铅电池。如先前描述的，铅电池包括外壳系统。这种外壳系统可以包括以上作为较佳实施例描述的特征的任何组合是不言而喻的。用于根据本发明的铅电池的外壳系统将至少包括一体的、基本上盒形的电池壳体部分，电池壳体部分具有至少四个侧壁。侧壁包围内部体积。盒形的电池壳体部分具有划分所述内部体积以形成多个室的至少一个分隔面。多个室中的每个室适合于存储电池单元或者元件。该外壳系统进一步包括通道壁部分，通道壁部分具有导电体开口或端子供给通口以及至少一个流体通道开口。外壳系统进一步包括封闭壁部分，封闭壁部分用于密封该外壳系统。至少一个分隔面中的每个分隔面基本上垂直于基本上盒形的电池壳体的相同的两个相对侧壁。根据本发明的铅电池进一步包括存储在每个室中的至少一个电池单元。每个电池单元进一步包括多个层叠的铅和吸收性玻璃纤维片，以及电解液。每个电池单元具有负极(-)端子和正极(+)端子。

在较佳实施例中，在电池单元上，负极(-)端子被定位成与正极(+)端子关于布置电池单元的铅片的平面相对。

在较佳实施例中，电解液被固定在基质中。在更加较佳实施例中，保存基质是吸收性纤维垫或者高度分散的硅，更加较佳地，是玻璃纤维垫。在较佳实施例中，电池单元关于端子的方向被交替地存储在每个室中。这意指第一电池单元或者元件可以被放置在室中，以致正极(+)端子面向一个方向，而其负极(-)端子面向相反的方向。连续的元件或者电池单元以其端子方向是前者的方向的相反方向的这种方式被层叠在下一个室中。在电池单元或者元件内采用这个相反的端子方向配置，使得极板组中的电阻损失的影响最小化，并且实现了更均匀的电流分布，从而增加电池的有效容量。

在较佳实施例中，外壳系统具有6个室，并且每个室配备有电池单元或者元件，以致六个电池单元在铅电池中。

在进一步的较佳实施例中，电池单元被放置在水平的所谓的“平降”方向上。操作中，外壳被放置在水平方向上。用于酸剂的层化的长度较佳地不超过3mm，较佳地更少。层化限于吸收性玻璃纤维片的厚度。

本发明的一个进一步的方面是包括如上所述的至少两个铅电池的铅电池布局和相关尺寸。所述铅电池可以被串联安装或者并联安装，并且四个单元将安装在19”或者23”宽以及400mm或者600mm深的电池托架内。

附图说明

在以下页面中，将借助于附图和具体实例进一步描述本发明。通过回顾这些内容，对于本领域的普通技术人员而言，进一步的优点和实施例变得显而易见。本发明不应该限于这些实例。

图1a是技术现状的外壳系统中的电池单元的布局的示意图。

图1b是根据本发明的外壳系统中的电池单元的布局的示意图。

图2是根据本发明的电池的示意图。

图3是适合于以本发明的方式使用的电池单元的示意图。

图4是根据本发明的具有去除的前通道极板的电池的示意图。

图5是根据本发明的具有去除的后盖极板的电池的示意图。

图6是由根据本发明连接的4个电池构成并且装满19”或23”电池托架的铅电池支架的示意图。

图7a是根据本发明的两乘两的铅电池被并联的铅电池支架的示意图。

图7b是根据技术现状的两乘两的铅电池被并联的示意图。

图8a显示根据本发明的电池的双层支架的示意图。

图8b显示如技术现状中连接的铅电池的双层支架。

具体实施方式

图1a显示如技术现状的电池中使用的分隔。

电池具有处于两乘三结构的六个电池室，意味着两排的三个室被彼此平行放置，并且通过分隔面103被划分。每个电池室104具有宽度x和长度y。在典型的现有技术的电池的状态中，长度y是131mm，且内宽x是45mm。

为了确保元件中的吸收性玻璃垫在操作期间的足够的压缩，超过全长y的壁需要是非常坚固和稳定的。

图1b显示具有根据本发明的室结构的外壳系统100。各自具有95mm的内宽x和65.8mm的长度y的六个室被彼此层叠，以便所有的分隔面彼此平行或者垂直于相同的两个相对侧壁102。

为了确保操作期间的足够的压缩而需要加强壁的边缘是105mm的宽度x乘两个壁，因此显著地小于如图1a所示的具有131mm边缘的六个壁。从而，可以实现体积增加，而不增加外壳的总尺寸。这还允许节省壁材料，从而节省生产和材料成本。

图2显示根据本发明的电池120。电池具有壳体部分101，为了表示的目的，壳体部分101被显示具有切断窗口。它具有由5个分隔面103划分以形成六个室的内部体积，电池单元或者元件105可以被放置到室中。壳体部分101在前侧上通过具有导电体开口或端子供给通口107的通道壁部分106和流体分别使用于放气的气道开口108和气阀(未显示)被密封。用封闭壁部分109密封背面部分。

例如，可以用诸如SAN、ABS、PC、PP或其混合物的适当的塑料来制造壳体部分101、通道壁部分106和封闭壁部分109。

电池单元105是铅片酸剂吸收性玻璃垫电池。电池单元105被放置在外壳系统100中，以致一个端子面向通道壁部分106，以及相反的端子面向封闭壁部分109。

图3显示如在图2中描述的电池中所采用的电池单元105。

例如，电池单元由多个层叠的铅片构成，用浸透着电解液的吸收性玻璃纤维垫使多个层叠的铅片分开，借此，在当前电池单元105中的电解液例如是32％比重的浓度的硫酸。

电池单元105具有正极端子(+)122和负极端子(-)121。在与铅片的平面相同的平面中，端子位于电池单元105的相反端。

图4显示根据本发明的铅电池，其中，去除了前通道部分，并且封闭壁部分被附接到盒形电池壳体部分101。电池壳体部分具有五个平行的分隔面103，五个平行的分隔面103将内部体积细分成六个室，电池单元或元件105可以被放置到室中。通道壁部分106具有导电体开口或端子供给通口107，经由导电体开口或端子供给通口107可以分别对正极电池端子122或负极端子121做出适当的电接触。前通道壁部分106进一步在连接到气道开口108的背面(在安装时面向电池单元的部分)上具有六个气压调节阀和中心集气管道(未显示)。

图5显示从图4的电池120的背面透视的示意图，电池120具有相同的五个分隔面103和在各个室中的电池单元105。与图5对比，封闭壁部分109从封闭电池单元105的外壳系统中被去除。

图7a显示根据本发明的一系列的四个电池单元120可以如何被并联。可以利用简单的柔性电缆连接器131使根据本发明的四个12V电池被平行联接。

借助于比较，显示技术现状的四个电池132的相等地平行联接的支架130。在没有必要使用专用形状的固体和刚性连接器的情况下，电池不能被联接。

用这种方法，提供了将四个12V电池平行连接成2×24V链的更安全、更便宜和更容易的方法。

图6显示由根据本发明配置的、阀调节铅吸收性玻璃垫型的四个铅电池120构成的电池支架130。前通道端子的设立使得能够借助于易用的由铜制成的、低成本的、低档的、刚性的和绝缘的电池连接器134，来连接四个电池120。

图8a显示配备有根据本发明的14个铅电池120的支架130的示意图。

该图显示了利用根据本发明的前端子布局借助于连接设备135连接电池120是如何的容易。

用于对比，图8b显示了在技术现状中按照需要连接的14个电池的结构。技术现状的电池的互相连接需要长的电缆，并且由于注液电池连接器位置与金属支架接近而伴随短路的危险。

Claims (16)

1.用于铅电池的外壳系统(100)，包括：

a)一体的、基本上盒形的电池壳体部分(101)，具有包围内部体积的至少四个侧壁(102)以及至少一个分隔面(103)，所述分隔面(103)划分所述内部体积，以便形成多个室(104)，每个所述室用于存储电池单元或元件(105)；

b)通道壁部分(106)，具有导电体开口或端子供给通口(107)以及至少一个流体通道开口(108)；

c)封闭壁部分(109)，用于密封所述外壳系统(100)，以及

其特征在于，至少两个所述侧壁(102)彼此平行布置，并且所述至少一个分隔面(103)中的每个分隔面基本上垂直于所述基本上盒形的电池壳体的所述两个相对的侧壁(102)。

2.如权利要求1所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述内部体积借助于五个分隔面(103)被划分成六个室(104)，所述五个分隔面(103)彼此平行布置。

3.如权利要求1或2所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述外壳系统(100)适合于在每个室(104)中容纳电池单元(105)，并且所述电池单元(105)适合于在水平方向上被操作。

4.如权利要求1到3中任一项所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述导电体开口或端子供给通口(107)位于所述通道壁部分(106)的相对端。

5.如权利要求1到4中任一项所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述流体通道开口(108)包括具有阀的排气口。

6.如权利要求5所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述流体通道开口(108)基本上位于所述通道壁板(106)的中心点。

7.如权利要求1到6中任一项所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述通道壁部分(106)被成形作为具有适合于安装所述电池壳体部分(101)的形状的盖板(106)，并且所述通道壁部分(106)具有当所述外壳系统(100)被完全地组装时面向外部的第一近端表面，以及当所述外壳系统(100)被完全地组装时面向内部的第二远端表面。

8.如权利要求7所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述通道壁部分(106)在所述近端表面上具有多个气阀，特别是六个气阀，以及集气管道。

9.如权利要求1到8中任一项所述的外壳系统(100)，其特征在于，所述盒形的电池壳体部分(101)、所述通道壁部分(106)和所述封闭壁部分(109)是分开的预制部分。

10.铅电池(120)，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的具有至少一个室(104)的外壳系统(100)；

存储在每个室(104)中的至少一个电池单元(105)，每个电池单元(105)包括多个层叠的铅片和浸透电解液的吸收性玻璃纤维垫，并且每个电池单元具有负极(-)端子(121)和正极(+)端子(122)。

11.如权利要求10所述的铅电池(120)，其特征在于，在所述电池单元(105)上，所述负极(-)端子(121)被定位成与所述正极(+)端子(122)关于布置所述电池单元(105)的平面相对。

12.如权利要求10或11所述的铅电池(120)，其特征在于，所述电解液是在基质中，较佳地在吸收性光纤垫中。

13.如权利要求10到12中任一项所述的铅电池(120)，其特征在于，所述电池单元关于所述电池单元的端子的极性被交替地存储在每个室(104)中。

14.如权利要求13所述的铅电池(120)，其特征在于，所述电池单元(105)被层叠，以致交替的所述正极(+)端子(121)面向一个方向，并且连续的电池单元(105)的正极(+)端子(121)在叠层中面向相反的方向。

15.如权利要求10到14中任一项所述的铅电池(120)，其特征在于，所述外壳系统具有六个室，并且每个室配备有电池单元或元件(105)，以致所述六个电池单元或元件在所述铅电池(120)中被层叠。

16.铅电池布局，其特征在于，包括四个如权利要求15所述的铅电池，所述铅电池布局适合于安装在具有400mm深的19″托架上，安装在具有600mm深的23″托架上。

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