CN105122503B - 具有电解质混匀装置的电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有液态电解质的电池，该电池优选用在运动的汽车中，其中，该电池具有以下特征：带有侧壁（3、4）、壳体底部（2）以及盖子的电池壳体（1）；液态电解质（6），该液态电解质液位高度（7）在规定的偏差极限（7a、7b）中；电极（5），至少在侧壁（3）上布置了流动通道板（8），从而构造了流动通道（9），其中，流动通道（9）的上面的端部用作流出槽（9a），在电极（5）上面布置了带有混合盆底部（12）和混合盆侧壁（11a、11b、11c）的混合盆（10），其中，毗邻流出槽（9a）的混合盆侧壁构造成溢流边缘（13），混合盆底部（12）位于液态电解质（6）的根据运行设置的最小液位（7b）下方，并且在混合盆底部（12）中设置了至少一个底部开口（14）。

Description

具有电解质混匀装置的电池

技术领域

本发明涉及一种具有液态电解质的电池，该电池优选用在运动的车辆中例如用在汽车中、小船中或者飞机中，并且该电池具有用于电解质混匀的装置。

背景技术

汽车工业致力于轻型结构也涉及削减电池重量。然而同时提高了对更高的电池效率的要求，因为除了常规的用于起动例如汽车的能量之外，也需要用于额外设备例如电车窗玻璃升降器、调节座椅的调节马达或者也用于电加热座椅的能量。此外值得期望的是，电池效率在电池的使用寿命期间尽可能保持在恒定的较高水平上，因为也越来越多地用电控制并且操作与安全相关的功能单元例如转向件和制动件。电池效率在下面理解为电池的容量以及电池用于发出电流或者说用于接收电流的能力。电池效率受到了不同的由本领域技术人员已知的因素的影响。

由现有技术公开了用于提高具有液态电解质的电池例如铅酸电池的功率的措施。铅酸电池中特殊的问题是酸液的所谓的分层，也就是说酸液浓度关于电极表面是不均匀的。这使得酸液浓度太高的位置上的电极受到腐蚀，从而降低了电池的使用寿命，并且通过酸液浓度太低的电极位置使得电池不能实现其完整的效率。

后面总是将电解质称作酸液，因为在该发明的大多数应用情况下涉及铅酸电池。然而该发明能够应用到每种电解质倾向于分层的液态电解质电池中。

因此，发展了不同的装置和方法用于混匀酸液，由此所述酸液浓度在电池的所有容积段中是尽可能相同大小的。在静态的电池中例如将空气吹入电解质中。

对于汽车电池来说公开了酸液混匀装置，该酸液混匀装置在加速过程中利用酸液的质量惯性。所述技术对于本领域技术人员来说是已知的，从而仅仅示例性地参照文件US4,963，444以及DE 297 18 004.5。

存在具有特别高的结构造型的起动器电池。在该起动器电池中，存在于上升通道中的酸液必须通过在较大距离上的加速从下向上进行挤压，为此需要更大的能量。因为通过车辆加速度产生了用于使得通道中酸液进行运行的能量，所以限制了车辆加速度的大小。

发明内容

由此，本发明的目的是提供一种具有电解质混匀装置的电池，该电解质混匀装置如此有效，使得具有更高结构造型的电池也能很好地混匀。

该目的借助于按本发明的电池得到解决。按本发明的具有电解质混匀装置的电池具有以下特征：电池壳体，具有侧壁、壳体底部以及盖子；液态电解质，其液位高度在规定的偏差极限中；电极，所述电极布置在所述液态电解质中；至少在一个侧壁处以确定的间距并且平行于该侧壁布置了流动通道板，从而在所述电池壳体的所述侧壁与所述流动通道板之间构造了流动通道，其中，所述流动通道的上面的端部构造成流出槽并且所述流动通道的下面的端部位于电池容积的下面三分之一中，在所述电极上方布置了带有混合盆底部和混合盆侧壁的第一混合盆，其中，毗邻所述流出槽的混合盆侧壁在上部构造成溢流边缘，所述混合盆底部位于所述液态电解质的根据运行设置的最小液位下方，并且在所述混合盆底部中设置了至少一个底部开口。这种布置方案形成了电池单池。通常多个这种电池单池组成了带有多份壳体的电池。在优选矩形的电池壳体中垂直地布置了板状的电极。该电极完全以酸液覆盖。

至少在电池壳体的一个侧壁处，以确定的间距并且平行于该侧壁布置了流动通道板，从而在电池壳体壁和流动通道板之间构造了垂直的并且流体密封的流动通道。作为该布置的替代方案，所述流动通道也可以构造成双壁的流动通道板，也就是说构造成强烈压在一起的具有槽状的空腔横截面的管道。

由此，所述流动通道的上面的端部是流出槽。在流出槽边上设置了混合盆，该混合盆具有垂直的侧壁和水平的底部。混合盆的毗邻流出槽的侧壁形成了流出槽的溢流边缘。所述混合盆的底部总是位于酸液的根据运行设置的最小液位的下方并且设有至少一个带有规定横截面的底部开口。

如在实施例中还要更详细地解释的那样，在车辆并且由此电池加速时特定的酸液量通过垂直的流动通道向上挤压，使得酸液从流出槽中出去并且通过溢流边缘进入混合盆中。因为所述流动通道板至少延伸到酸液容积的下面三分之一处并且存在于那里的酸液具有更高的密度，所以具有该更高密度的酸液由此导入混合盆中。

随着较高密度的酸液进入混合盆的同时，在加速期间，较轻的酸液也就是具有较低密度的处于混合盆下方的酸液也通过底部开口压入混合盆中。

由此，在混合盆中，具有较高密度的酸液与具有较低密度的酸液进行混合。

换句话说，在电池的静止状态下，具有较低密度的酸液位于混合盆中，因为混合盆通过底部开口与电池的酸液容积连接。在加速期间，其它具有较低密度的酸液通过底部开口压入混合盆中，并且同时更浓的酸液通过流动通道从电池箱的下面的容积区域导入混合盆中。由此，在汽车以及由此电池的加速期间，比在静止状态下有更多的酸液存在于混合盆中。

在混合盆中在加速过程之后混合的酸液(下面称作混合酸液)，其具有比通过底部开口流入的酸液以及在混合盆中已经在混合过程之前存在的酸液略微更高的密度。在加速度降低到数值零时，现在存在于混合盆中的混合酸液中较大部分量通过底部开口并且较小部分量通过流动通道流回到电池箱中，直到正常的酸液液位再次出现。

以在混合盆中混匀不同密度的酸液容积也在具有较大结构高度的电池中实现了比用现有技术中已知的解决方案所实现的显著更好的混合。

电解质的更快的循环也在电池单池内部产生快速的温度补偿，由此提高了电池的使用寿命。这方面是很有意义的，当电池例如装入汽车的发动机舱时并且通过发动机热量辐射在一侧加热时。本发明就此而言也在标准电池中带来了积极的作用，例如更高的使用寿命以及在电流接收方面和也在电流发送方面更好的能力。

按本发明的一种实施方式，当混合盆的底部开口设置在具有较高密度的酸液在混合盆底部上也就是直接在流出槽边上运行的位置上时，还进一步改善了混合效果。因为更高密度酸液从上面溢入混合盆中并且几乎同时实现稀的酸液从下面流入，所以直接相互碰到的酸液容积相互搅动并且由此很好地混合。

按本发明的一种实施方式，在混合盆的位于内部的壁中设置了开口，该开口进一步改善了混合效果。

按本发明的一种实施方式设置了第二混合盆，该混合盆与第一混合盆的位于内部的壁联接，其中，在第二混合盆的底部中设置了至少一个底部开口。由此进一步改善了混合效果。

按本发明的一种实施方式，所述第二混合盆的底部位于酸液的最大液位的高度中，也就是说第二混合盆的底部高于第一混合盆的底部。由此进一步改善了混合效果。

附图说明

下面根据实施例更详细地解释本发明。

图1示出了电池箱单池的横截面视图以及第一阶段中的酸液液位，

图2示出了按图1的物体以及第二阶段中的酸液液位，

图3示出了按图1的物体以及第三阶段中的酸液液位，

图4示出了按图1的物体以及第四阶段中的酸液液位，

图5示出了按图1的物体以及第五阶段中的酸液液位，该液位与第一阶段的相同，

图6a、b示出了按图1的物体的修改过的实施方式以及其俯视图，

图7示出了具有两个混合盆的混匀装置的透视图，

图8示出了具有两个混合盆的混匀装置的第二实施方式的透视图，

图9示出了具有6个单池的电池箱的透视图。

具体实施方式

图1示出了电池箱单池的横截面示图。该电池箱单池1具有带有壳体底部2和四个侧壁的矩形横截面，其中，在该视图中只能看到侧壁3和4。用附图标记5表示板状的电极并且用附图标记6表示电池酸液，该电池酸液的液位高度7在最大液位7a和最小液位7b之间。如从附图中可以看出，所绘出的液位高度在最大液位7a的标记处。

在侧壁3和电极5之间垂直布置了流动通道板8，从而构造了流动通道9。由此，该流动通道9的端部是流出槽9a。

在流出槽9a边上设置了混合盆10，该混合盆具有侧壁11a、11b、11c以及底部12，其中所述侧壁11a和11b只能在透视图图8中看出。所述流动通道板8的上面的端部形成了溢流边缘13。所述混合盆10的底部12总是位于电池酸液6的根据运行设置的最小液位7b的下方，并且设有至少一个带有预先确定的横截面的底部开口14。在所述混合盆10边上设置了另一个带有底部开口16的混合盆15，然而该混合盆是可选的并且仅仅使得混匀得到进一步的改善。

下面描述混匀装置的功能：

图1示出了带有水平的液位高度7的静止的电池。假定在电池中出现了酸液层，也就是说在电池底部上的酸液比在上面的电池段中以及在混合盆中的酸液具有更高的密度。

图2示出了在车辆沿着箭头方向向右正加速时所述酸液的运动。在向左进行负加速时、也就是在沿着箭头方向行驶的车辆制动时出现了相同的作用。在此，在混合盆10中出现倾斜延伸的液位高度7。具有更大密度的酸液向上流过流动通道9并且通过溢流边缘13流入混合盆10中。在该运动过程中，具有更小密度的酸液同样通过底部开口14流入混合盆10中。由此，现在在混合盆10中存在混合酸液，该混合酸液的密度小于电池底部的酸液密度并且大于酸液液位区域内的酸液密度。

在可选的混合盆15中通过倾斜延伸的酸液液位例如将酸液向下引导通过底部开口16。

图3示出了还有恒定的加速作用的然而不再实现补偿流动的情况。因此也没有画出流动箭头。

图4示出了加速度等于零的、也就是汽车以恒定速度行驶或者停止的情况。因此，酸液液位是水平的。流动箭头显示出通过所有三个开口9a、14和16实现液位补偿。特别要提到的是，通过这些开口在空间上的分布由此使得酸液在不同的位置上流入以及流出，并且由此出现更快的混匀。

图5示出了如在图1中所示的情况，其中液位高度均衡，然而这里酸液是混匀的。

图6a和6b以侧视图和俯视图示出了本发明的改动过的实施方式。在混合盆10中，所述底部开口14布置在流出槽9a附近。这导致不同密度的相互流动的酸液容积特别有效地混匀，这用环形箭头表示。此外，在第二混合盆15中设置了三个底部开口16。这些开口通过倾斜插入底部中的小管子形成，从而产生流动阻力并且由此引起额外的涡流以及酸液的改善的混匀。这种作用还通过小管子17的斜置进行提高。

图7示出了具有两个混合盆10和15的混匀装置的透视图，其中，第二混合盆15的底部18位于电池酸液的最大液位的平面内并且具有凹处19。

图8示出了按图7的混匀装置，然而该混匀装置与图7的不同之处在于，第一混合盆10的内侧壁设有槽状的开口20。

要注意的是，所述第一混合盆10的底部以及侧面开口的横截面能够由本领域技术人员进行优化。所述底部以及侧面开口的横截面形状不必是圆形的。在常规的汽车电池中，存在于底部以及侧壁中的开口的横截面相应于具有1.2到10mm直径的圆形开口的横截面，并且在载重汽车电池中相当于具有5-20mm直径的开口。

图9示出了具有6个单池的空的电池箱，其中，在每个单池中可以布置例如按图8的混匀装置。

Claims (5)

1.具有电解质混匀装置的电池，其中，所述电池具有以下特征：

-电池壳体，具有侧壁、壳体底部（2）以及盖子，

-液态电解质，其液位高度（7）在规定的偏差极限中，

-电极（5），所述电极布置在所述液态电解质中，

-至少在一个侧壁（3）处以确定的间距并且平行于该侧壁布置了流动通道板（8），从而在所述电池壳体的所述侧壁（3）与所述流动通道板（8）之间构造了流动通道（9），其中，所述流动通道（9）的上面的端部构造成流出槽（9a）并且所述流动通道（9）的下面的端部位于电池容积的下面三分之一中，

-在所述电极（5）上方布置了带有混合盆底部（12）和混合盆侧壁（11a、11b、11c）的第一混合盆（10），

其中，

-毗邻所述流出槽（9a）的混合盆侧壁在上部构造成溢流边缘（13），

-所述混合盆底部（12）位于所述液态电解质的根据运行设置的最小液位（7b）下方，并且

-在所述混合盆底部（12）中设置了至少一个底部开口（14）。

2.按权利要求1所述的电池，其中，所述第一混合盆（10）的底部开口（14）设置在所述液态电解质在溢流时通过溢流边缘（13）流到所述第一混合盆的混合盆底部上的位置上。

3.按权利要求2所述的电池，其中，在所述第一混合盆的位于内部的侧壁（11c）中设置了开口。

4.按权利要求1所述的电池，其中，设置了第二混合盆（15），该第二混合盆与所述第一混合盆（10）的位于内部的侧壁（11c）联接，并且所述第二混合盆的底部（18）具有至少一个底部开口（16、19）。

5.按权利要求4所述的电池，其中，所述第二混合盆（15）的底部（18）布置在所述液态电解质的最大液位（7a）的高度。