CN1082260C - 密封蓄电池及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

密封的蓄电池，包括：蓄电池壳体，该壳体中包含一组产生电能的元件，每个元件包括正电极、负电极和分隔器；蓄电池壳体的盖，该盖封闭蓄电池壳体上的开口，从而密封蓄电池壳体；装配式安全阀，装在蓄电池壳体的盖上。该安全阀被焊接在蓄电池壳体的盖上。采用这种结构可以增加在安全阀和蓄电池壳体的盖之间接触区域的气密密封性，也增加了安全阀的可靠性。

Description

密封蓄电池及其生产方法
本发明涉及带有安全阀的密封蓄电池，也涉及生产这种蓄电池的方法。
近来蓄电池或电池已用在各种设施中，包括家电产品和电动汽车，因而首先对中等尺寸的和大尺寸的具有高能密度和高可靠性的电池(中等尺寸电池容量一般为10～100Ah，大尺寸电池的容量一般超过100Ah)产生了强烈的需求，被用作运动场合的电源，用于驱动或开动电动汽车等。此前的通气型镍镉蓄电池和通气型的铅蓄电池已作成这样的中等尺寸或大尺寸的用于蓄能和UPS(不中断电源系统)的电源。然而重要的是运动场合用电源应当具有高能密度。
为满足此要求，特别是为了改进蓄能密度和使用寿命，现在注意力已集中在镍氢蓄电池，而不是镍镉蓄电池和铅蓄电池。这种镍氢蓄电池的一个特征是，当电池充电或放电时在电池壳体中要产生气体，因而电池被密封，防止气体泄漏到电池的外边，因而防止电解液变干。为了将中等或大尺寸的电池作成密封结构，具有镍氢蓄电池特有的高能密度和长寿命，必须将充放电期间产生的气体约束在电池中，同时也必须准确地设定完全阀的操作压力，该安全阀用于放出在不正常条件下产生的压力达到2～8kg/cm2的气体。简单型的例如帽盖型的安全阀的操作压力在很大范围内改变，所以不能完全达到电池的性能。另外，因为在电池中出现高压，所以必需改进安全阀和电池壳体的盖子之间的固定部分的固定强度以及该固定部分的气密密封性。
另外，如果安全阀的操作压力低于2kg/cm2，则阀门即使在正常条件下操作，电池也不能保持密封条件，相反，如果操作压力大于8kg/cm2，则电池壳体有可能破裂。因此重要的是，安全阀的操作压力应当准确设定在预定的范围，关键的是，在将安全阀装在电池壳体上之前应当检测安全阀的操作压力。
但是，在装配式安全阀用螺纹紧固法牢固固定在电池壳体上的这种结构中，由于运动装置(例如车辆)的振动以及由于充放电期间内压改变而引起的盖子的膨胀和收缩，螺纹紧固部分有可能松开，因而气体和电解液有可能漏到外面。当安全阀是通过橡皮垫圈等封装件装在电池壳体上从而增强气密密封性时，长时期牢固压紧的封装件将会老化或热变质，这将使气密密封失效，因而在蓄电池中产生的气体以及电解液将漏到外边。
在装配式安全阀固定安装在蓄电池壳体上的这种结构中，其固定强度和气密效果均低于上述用螺纹紧固法将安全阀紧固在蓄电池壳体上的那种结构，因此，在蓄电池中产生的气体和电解液可能会流到外边。
基于上述问题，本发明的目的是提供一种密封的蓄电池，在这种电池中，在安全阀和电池壳体之间的固定部分的固定强度以及气密效果都得到增强。
为达到上述目的，装配式安全阀被焊接在密封蓄电池的电池壳体的盖上。采用这种结构，即使蓄电池由于在过量充电和过量放电期间产生气体而使内压上升以致使蓄电池壳体的盖产生形变时，也不会产生有害的影响，而且固定在蓄电池壳体盖上的安全阀部分将不受到损害，从而保证了安全阀的正确工作。
将一组产生电能的元件插入到蓄电池壳体中，同时将蓄电池壳体和蓄电池壳体盖焊接在一起，然后通过在蓄电池壳体盖上形成的液体注入孔将电解液注入到蓄电池壳体中。随后将预先组装的安全阀焊接在蓄电池壳体的盖上，使得安全阀被装在液体注入孔中。采用这种方法时，先检测安全阀的操作压力，然后再将其固定在蓄电池壳体的盖上，因此不会采用工作压力不正确的安全阀，另外，液体注入孔不仅用于注入电解液，而且也用于将安全阀装在蓄电池壳体的盖子上，因此可以减少蓄电池壳体和蓄电池壳体盖上孔的数目，从而减少了可能渗漏液体(电解液)的那些部分的数目，由此增加了抗液体渗漏的能力。
图1是本发明优选实施例蓄电池壳体的部分截面图；
图2是本发明的该实施例中所用装配式安全阀的截面图；
图3是截面图，示出本发明例1中所用的高频焊接方法；
图4是截面图，示出本发明例2中所用的加热焊接方法：
图5是截面图，示出本发明例3中所用的旋转焊接方法；
图6是透视图，示出本发明例3中所用的旋转焊接方法，
图7是截面图，示出比较例1中所用的螺纹紧固结构；
图8是截面图，示出比较例2中所用的固定安装结构。
现在参照附图说明本发明的一个优选实施例。如图1所示，在本发明的蓄电池中，一组产生电能的元件12装在用合成树脂作的蓄电池壳体13中，每个产生电能的元件包括正电极、负电极和分隔器。正电极通过相应的导体11被连接于一个电极柱10上，而负电极通过相应的导体11连接于另一电极柱10上。蓄电池13的开口端由蓄电池壳体的盖14封闭，电极柱10装在蓄电池壳体的盖14上，液体注入孔或注入口9也穿过该蓄电池壳体的盖14而形成。蓄电池壳体盖14具有沿液体注入孔9形成的环形焊接部分15和环形边缘部分(凸缘)16。示于图2的装配式安全阀装在蓄电池壳体的盖14上并牢固地固定在上面，而且安全阀的下部分7嵌入到液体注入孔9中。
参照安全阀的结构，橡皮阀5和安全阀弹簧4装在安全阀阀体3中，这些部分5和4利用安全阀的盖1保持就位。安全阀操作时，蓄电池中的压力通过排气孔6作用在橡皮阀5上，将橡皮阀5向上推，该排气孔6形成在安全阀的下部分7上。橡皮阀5由安全阀弹簧4可活动地固定，当蓄电池中的内压上升将橡皮阀5向上推时，橡皮阀5向上移动，离开安全阀阀体3上的阀座，因而在蓄电池中产生的气体流过该阀座和排出口2，并排放到电池的外面。环形的焊接部分8成形在安全阀阀体3外周面的中央部分上并从该部分突出，该焊接部分8焊接在由环形边缘部分16围绕的蓄电池盖14的上表面部分。
例1
如图3所示，在上述结构的蓄电池的这个例子中，液体注入孔9穿过蓄电池壳体盖14的中心部分，安全阀牢固地固定在蓄电池壳体盖14上，固定时使具有排气孔6的安全阀下部分7嵌入液体注入孔9。此时，将SUS 304作的发热环17配置在安全阀的焊接部分8和蓄电池壳体盖14的焊接部分15的中间。在这种条件下，将线圈18盖住安全阀，使电流流过线圈18，由此产生磁场。由于该磁场，电流流过发热环17，该发热环17因其具有电阻率而被加热。两个焊接部分15和8由该热量熔化并被焊接(或熔化粘合)在一起。在此时，因为两个焊接部分15和8为圆形或环形，所以两个焊接部分15和8在其整个圆周面被均匀熔化，从而形成均匀的圆形焊接部分。因为安全阀的焊接部分8装在由蓄电池壳体盖14的上表面和环形边缘部分16限定的凹槽中，所以熔化的树脂不能扩散或流到边缘部分16的外边，因而两个焊接部分15和8可满意地粘合或焊接在一起。金属盖19装在安全阀上使其盖住阀的上部分，屏蔽而使安全阀弹簧4不受磁场作用，采用这种配置，电流将不流过安全阀弹簧4，因此安全阀弹簧不被加热，可防止安全阀体3被熔化。在将安全阀焊接到蓄电池壳体的盖14上时，检测其工作压力，并且仅应用操作压力正确的那些安全阀。
例2
在此例中，采用加热板来熔化和熔融安全阀体3和蓄电池壳体盖14的焊接部分8和15，使两个焊接部分8和15焊接在一起。如图4所示，该例中的蓄电池其结构一般与例1相同。使待焊接的安全阀体3和蓄电池壳体盖14的那些部分即焊接部分8和15压靠在加热到约270°的加热板20上，由此被熔化，随后再加压蓄电池壳体盖14的焊接部分15和安全阀体的焊接部分8，使其彼此紧紧接触，从而使其焊接在一起。
例3
在此例中，安全阀休3和蓄电池壳体盖14的焊接部分8和15用摩擦热熔化并焊接在一起。如图5所示，此例中的蓄电池其结构基本类似于例1的结构。安全阀阀体3由转动夹具22固定，并使其沿图6中的箭头L.D.所示的方向以3800r/min的速度高速转动。在此条件下，使安全阀阀体3的焊接部分8压靠在蓄电池壳体盖14的焊接部分15上，沿图6的箭头L.D.所示的方向在3.5kgf/cm2的压力下压靠1秒钟，使得两个焊接部分8和15在其间接触的区域21由摩擦加热，然后使它们彼此压靠5min而被焊接在一起。因此，安全阀体3和蓄电池壳体的盖14由这种转动焊接法焊接在一起。此时，因为安全阀的焊接部分8放在由蓄电池壳体盖14的上表面和环形边缘部分16限定的凹槽中，所以熔化的树脂不能扩散或流出边缘部分16。
在本发明的上述例中，安全阀和蓄电池壳体的盖最好用同一材料制作，这种材料主要由改性的PPE、PP、ABS和PPE/PP混合物中的一种构成。
安全阀的操作压力是2～8kgf/cm2
安全阀和蓄电池壳体的盖之间的焊接强度是10～150kgf。
安全阀和蓄电池壳体的盖被焊接在一起的焊接部分的面积是200～450mm2。
安全阀和蓄电池壳体的盖被焊接在一起的焊接部分的焊接深度是0.5～2mm。
电解液最好通过液体注入孔注入到蓄电池壳体，同时蓄电池壳体的内部最好保持真空。或者在蓄电池壳体承受离心作用时注入电解液。
当安全阀被焊接在蓄电池壳体的盖上时，安全阀和蓄电池壳体盖彼此以30～110kgf的压力压靠。
比较例1
作为比较例1，采用了螺纹紧固的固定方法，如图7所示，当整体模制每个蓄电池壳体的盖14和安全阀体3时，在蓄电池壳体的盖14和安全阀阀体3上分别形成内螺纹部分和外螺纹部分。例如在24，将外螺纹部分拧入内螺纹部分便可将安全阀阀体3固定在蓄电池壳体的盖14上。在此时，在蓄电池壳体的盖14和安全阀体3的中间设置O形环23可以提高密封效果。
比较例2
在此比较例2中，在安全阀下部分7的外周表面上形成配合凸出部25，当安全阀的下部分7嵌入到液体注入孔9中时，该配合凸出部分25便受迫穿过液体注入孔9，由此将安全阀固定在蓄电池壳体的盖14上。在此比例阀中，在蓄电池壳体的盖14和安全阀体3之间也配置O形环，使其增加密封效果。
上述例1至例3和比较例1及例2的评价结果示于表1。评价是根据气密效果(密封)和抗振动性进行的。对于气密效果，每个例子和比较例均保持在半工厂型容器中的电池状态下，评价是根据需要多少天之后才在焊接部分周围出现碱性反应来确定的。对于抗振动性，是使蓄电池在33.3Hz和5.5G加速度的条件振动两小时，使蓄电池内部增压至1～8kgf/cm2，随后用漏气检验液体确定是否有空气漏过焊接部分。
表1
    评价
    固定方法     密封效果         抗振动性
    例1     1个月   在8kgf/cm2压力下无漏气
    例2     1个月   在8kgf/cm2压力下无漏气
    例3     1个月   在8kgf/cm2压力下无漏气
    比较例1     2天   在1kgf/cm2压力下漏气
    比较例2     1天   在1kgf/cm2压力下漏气
如表1所示，与比较例1和2相比，采用例1、2和3的结构增加了气密效果和抗液体渗漏性。
在本发明的例中可以在焊接部分上涂上有机溶剂，在这种情况下，安全阀和蓄电池壳体的盖的固定部分被溶解，而它们的衬底被熔化粘合在一起，消除了由于针眼等造成的气密密封缺陷。
如上所述，在本发明中，装配式安全阀和蓄电池壳体的盖通过将它们的接触表面焊接在一起，使它们的衬底熔化粘合而被彼此固定。按照这种结构，橡皮密封件的老化和受热变质不影响密封效果，另外，由于在确定安全阀的操作压力之后才将安全阀牢固地固定在蓄电池壳体的盖上，所以不会生产包含具有不正确操作压力的安全阀的蓄电池，因而可以提供在长时期中具有极好可靠性的密封的蓄电池。
将一组产生电能的元件插入到蓄电池壳体中，将蓄电池壳体的盖焊在蓄电池壳体上，然后将电解液在蓄电池壳体的盖上形成的液体注入孔注入到蓄电池壳体中。随后，在确定安全阀的操作压力之后，将安全阀牢固地安装在将电解液注入到蓄电池壳体的液体注入孔中。按照这种结构，可以减少蓄电池壳体上和蓄电池壳体的盖上形成的孔的数目，因而可以提供足以承受蓄电池内压变化的密封的蓄电池。

Claims (12)

1.一种密封的蓄电池，包括：
蓄电池壳体，其中包括一组产生电能的元件，每个元件包括正电极、负电极和分隔器；
蓄电池壳体的盖，封住上述壳体上的开口，从而密封上述蓄电池壳体；
装配式安全阀，装在上述蓄电池壳体的盖上；
上述安全阀焊接到上述蓄电池壳体的盖上；
其中在上述蓄电池壳体的盖的焊接部分上形成环形的凸缘部分，上述安全阀的焊接部分焊接在该凸缘部分的内周边上。
2.如权利要求1所述的蓄电池，在该蓄电池中，至少上述安全阀和上述蓄电池壳体的盖是用相同的材料制作的，上述材料主要由改性的PPE、PP、ABS和PPE/PP混合物中的一种制作。
3.如权利要求1所述的蓄电池，其中上述安全阀的操作压力是2～8kgf/cm2。
4.如权利要求1所述的蓄电池，其中上述安全阀和上述蓄电池的盖之间的焊接强度是10～150kgf/cm2。
5.如权利要求1所述的蓄电池，其中将上述安全阀和上述蓄电池壳体的盖焊接在一起的焊接部分是圆形的。
6.如权利要求1所述的蓄电池，其中将上述安全阀和上述蓄电池壳体焊接在一起的焊接部分的面积是200～450mm2。
7.如权利要求1所述的蓄电池，其中将上述安全阀和上述蓄电池壳体的盖焊接在一起的焊接部分的焊接深度是0.5～2mm。
8.一种生产密封蓄电池的方法，包括以下步骤：
插入一组产生电能的元件到蓄电池壳体中，上述组的每个元件包括正电极、负电极和分隔器；
将上述蓄电池壳体的盖焊接在上述蓄电池壳体上。
通过在上述蓄电池壳体的盖上形成的液体注入孔将电解液注入到上述蓄电池壳体中；
将预先组装的安全阀焊接在上述蓄电池壳体的盖上，使得上述安全阀配合在上述液体注入孔中。
9.如权利要求8所述的方法，其中在注入电解液的步骤中，在使上述蓄电池的内部保持真空的同时注入电解液。
10.如权利要求8所述的方法，其中在注入电解液的步骤中，在使上述蓄电池壳体承受离心作用的同时注入电解液。
11.如权利要求8所述的方法，其中上述树脂作的安全阀和上述树脂作的蓄电池壳体的盖通过利用高频、加热和摩擦中的一种方式熔化其焊接部分而被焊接在一起。
12.如权利要求8所述的方法，其中在将上述安全阀焊接到上述蓄电池壳体的盖上的步骤中，使上述安全阀和上述蓄电池壳体的盖彼此以30～110kgf的压力相压靠。
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