CN111247683A - 紧凑式吸收性玻璃垫电池 - Google Patents

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Abstract

公开了一种紧凑式AGM铅酸电池。所述电池具有容器和所述容器中的一个或多个电连接的电芯。所述电连接的电芯由多个正极板和多个负极板形成，其中吸收性玻璃垫被间插在正极板与负极板之间。电解质被设置在所述容器内。所述铅酸电池具有与常规AGM铅酸电池或EFB铅酸电池相比改进的每体积电池性能和较小的铅重量。

Description

紧凑式吸收性玻璃垫电池
相关申请的交叉引用
本申请要求以下美国临时专利申请的优先权：于2017年6月9日提交的标题为COMPACT ABSORBENT GLASS MAT BATTERY的美国临时专利申请序列号62/517,749；于2017年7月10日提交的标题为COMPACT ABSORBENT GLASS MAT BATTERY的美国临时专利申请序列号62/530,714；于2017年11月10日提交的标题为COMPACT ABSORBENT GLASS MATBATTERY的美国临时专利申请序列号62/584,577；以及于2017年11月22日提交的标题为COMPACT ABSORBENT GLASS MAT BATTERY的美国临时专利申请序列号62/589,889；以及于2018年3月9日提交的标题为COMPACT ABSORBENT GLASS MAT BATTERY的美国临时专利申请序列号62/641,092，每件所述美国临时专利申请的全部内容通过援引以其全文并入本文中。
技术领域
本申请涉及电池领域。更具体地，本申请涉及铅酸电池领域。
背景技术
铅酸电池是已知的。铅酸电池由浸没到电解质溶液中的铅板和二氧化铅隔板构成。铅、二氧化铅和电解质提供了储存电能的化学方法，当电池的端子连接至外电路时，所述电能可以执行有用功。
富液式或湿电芯铅酸电池是常见且经济的。这些电池需要定期维护，例如补充电解质。此类电池通常具有比其他铅酸电池更短的循环寿命。例如，增强型富液式电池(EFB)提供了对循环寿命的改进，并且可以经受启动-停止车辆的一些循环要求。EFB电池与标准富液式电池相似地充电并且安装在竖直位置。
一种类型的铅酸电池是AGM或吸收性玻璃垫铅酸电池，其是密封式电池(例如免维护的)，或更具体地是阀控式电池，其中电解质被吸收且保持在垫中，所述垫包绕一个或多个电极或板或与一个或多个电极或板交错。AGM电池还被称为重组式电池，即在电池中，在充电期间产生的H2和O2重新化合成水。
AGM铅酸电池比传统的启动、照明和点火(SLI)用电池有利，在于它们更适合于在具有很多电子特征或插电式附件的车辆中提供动力。AGM电池比SLI和EFB电池允许更大的放电深度、更快的再充电，并且提供更高的电流。AGM电池还是用于节省燃料的启动-停止车辆技术的优选的解决方案。
用于车辆的铅酸电池通常符合工业标准“电池组尺寸”，其是指示特征例如(除其他之外)物理电池尺度的标准分类。标准电池组尺寸是由各种区域性实体用各种不同但等效的命名来定义的；即在北美洲，电池组尺寸是由国际电池协会(Battery CouncilInternational)(BCI)指定的，欧洲EN(欧洲规范(European Norm))、DIN(德国工业规范(German industrial norm))、以及BS(英国标准(British standard))是常用的。在远东，应用日本工业标准(Japanese Industrial Standard)(JIS)。实例名称包括例如“H5”、“H6”、“H7”、“H8”、“H9”等名称，或“LN1”、“LN2”、“LN3”、“LN4”等名称。表1展示了所指出的一些名称的一般尺寸和某些标准规格：
表1
EN“H”尺寸 H4 H5 H6 H7 H8 H9
EN“LN”尺寸 LN1 LN2 LN3 LN4 LN5 LN6
BCI等效尺寸 140R 47 48 94R 49 95R
20小时容量C20 50Ah 60Ah 70Ah 80Ah 95Ah 105Ah
冷启动安培CCA 570A 680A 760A 800A 850A 950A
宽度(mm) 175 175 175 175 175 175
长度(mm) 207 242 278 315 353 394
高度(mm) 190 190 190 190 190 190
体积(mm^3) 6882750 8046500 9243500 10473750 11737250 13100500
体积升 6.882750 8.04650 9.24350 10.47375 11.73725 13.10050
在上表中并且如在本文中使用的：
A＝安培
Ah＝安培小时
BCI＝国际电池协会
CCA＝冷启动安培
C20＝电池可以在80°F下在不低于10.5伏的情况下持续20小时递送的能量
EN＝欧洲规范
mm＝毫米
由于每种名称均具有标准的特征集合，所以组尺寸名称通常用于标识在具体车辆应用中应该使用的电池类型。例如，电池组尺寸可以具有已知的或标准的冷启动安培(CCA)性能评级。较小的组尺寸典型地与较小的CCA评级相关联。
如上所述，铅酸电池由铅板(铅合金板栅+活性材料)和二氧化铅板构成。此外，铅用作电芯之间的以及至电池端子的导电性连接器。铅是重金属并且被认为是有毒的。暴露于环境的铅是潜在的污染源。因此，在许多应用中是禁止使用铅的。某些政府机构正在对铅酸电池中的铅推动更严格的法规，包括欧盟和美国加利福尼亚州，这些机构已经探索了关于与铅酸电池有关的铅暴露的法规。例如，加利福尼亚的有毒物质控制部(Department ofToxic Substances Control’s，DTSC)正在积极评估是否应该将铅酸电池标识为在更安全消费者产品(Safer Consumer Products(SCP))计划下的优先产品(Priority Product)。遗憾地，当从电池中去除铅时，电阻升高并且CCA降低。因此，可取的是铅酸电池中铅的量减少而不损害性能。
此外，铅和铅酸电池通常是重质产品。例如，标准H4或LN1 AGM铅酸电池可能大致重14,930克，而H7或LN4 AGM铅酸电池可能大致重达22,850克以上。在车辆中，此重量影响燃料效率，并且进而影响车辆排放。因此，另外可取的是在汽车应用中减小铅酸电池的重量而不损害电池性能。
同样地，减小铅酸电池的总体尺寸而不损害性能将是有利的，以便允许用在其他应用中，并且以便给其他车辆部件提供空间。
AGM具有优于富液式铅酸电池技术(例如但不限于SLI和增强型富液式电池(EFB))的各种优点。实例包括但不限于：相对于富液式电池改进的循环；在发动机罩下面的温度下较低的水损失；在停止-启动任务中较好的部分荷电状态运行；在停止-启动事件后较好的充电接受能力；在重新启动事件期间良好的暖发动机启动；在固定化的玻璃垫中大幅减小的电解质分层；以及对活性物质硫酸化的抵抗性。此外，不可溢出的被吸收的酸允许将电池安装在不同位置，例如在发动机防火壁后面、乘客舱内或行李箱内。
因此，需要一种电池，例如AGM铅酸电池，所述电池具有减小的铅量、减小的物理尺寸、以及减小的重量而不损害电池性能或具有改进的电池性能。
发明内容
公开了一种AGM铅酸电池，所述电池在较小的电池组尺寸或体积中具有改进的性能，并且包含较少的铅。
更具体地，公开了一种铅酸电池，所述电池是较小的紧凑式电池，其可以实现与较大的传统电池相比更高的功率密度。
所述电池包括容器和所述容器中的一个或多个电连接的电芯。所述电连接的电芯由多个正极板和多个负极板构成或包括多个正极板和多个负极板，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和多个负极板中的正极板与负极板之间。电解质被设置在所述容器内。所述电池具有范围从81至96安培/升的重量能量密度，铅与重量性能比率等于或低于2.75克/安培。
还公开了一种LN1 AGM铅酸电池。所述电池具有容器和所述容器中的一个或多个电连接的电芯，所述电芯由多个正极板和多个负极板形成，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和所述多个负极板中的正极板与负极板之间。电解质被设置在所述容器内。所述LN1电池具有小于17千克的重量和660安培的冷启动安培性能评级。还公开了一种LN2 AGM铅酸电池，所述电池具有小于20千克的重量和720安培的冷启动安培性能评级。还公开了一种LN3 AGM铅酸电池，所述电池具有小于22千克的重量和800安培的冷启动安培性能评级。还公开了一种LN4 AGM铅酸电池，所述电池具有小于26千克的重量和850安培的冷启动安培性能评级。
还公开了一种铅酸电池，所述电池包括容器和所述容器中的一个或多个电连接的电芯，所述电芯包括多个正极板和多个负极板，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和多个负极板中的正极板与负极板之间；并且电解质被设置在所述容器内。所述铅酸电池具有对应于第一标准电池组尺寸的性能、以及对应于第二标准电池组尺寸的物理电池尺寸，所述第二标准电池组尺寸小于所述第一标准电池组尺寸。本文公开的类型的铅酸电池还可以具有对应于标准电池组尺寸的性能，以及比所述标准电池组尺寸更低的铅含量、更小的尺寸、和更小的重量。
根据本发明的设备、系统和方法的这些和其他特征以及优点描述于以下对实施例的各种实例的详细描述中，或是从其中显而易见的。
附图说明
参照以下附图，将详细描述根据本发明的系统、设备和方法的实施例的各种实例，其中：
图1是具有根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池的车辆的透视图。
图2是根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池的透视图。
图3是图2中示出的紧凑式AGM铅酸电池的透视图，其中去除盖以示出其中的电芯元件或板系列。
图4是根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池的分解视图。
图5是根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池的电芯元件或板系列的侧立面视图。
图6是用于与根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池一起使用的电池板栅的立面视图。
图7是用于与根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池一起使用的电池板栅的附加的立面视图。
图8是在板表面上具有印记的板的一个或多个实例的立面视图。
图9是图表，其示出对于标准AGM铅酸电池和根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池两者在各电池组尺寸上的冷启动安培(CCA)性能。
图10是图表，其示出对于标准AGM铅酸电池和根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池两者在各电池组尺寸上在AGM铅酸电池中铅(Pb)含量占板栅和糊膏的重量百分比。
图11是图表，其示出对于标准AGM铅酸电池和根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池两者在各电池组尺寸上的AGM铅酸电池以安培/升或安培/体积计的重量能量密度即冷启动安培(CCA)性能。
图12是图表，其示出对于标准AGM铅酸电池和根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池两者在各电池组尺寸上在AGM铅酸电池中铅(Pb)重量与性能(CCA)的比率。
图13是图表，其示出在各电池组尺寸上绘制的标准AGM铅酸电池与根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池之间的电池重量之差除以标准AGM铅酸电池与根据本文描述的实施例的一个或多个实例的紧凑式AGM铅酸电池之间的电池性能(CCA)之差。
应该理解，附图不一定按照比例。在某些情况下，可能已经省略了对于理解本发明不是必需的或致使其他细节难以感知的细节。当然，应理解本发明未必限于本文展示的具体实施例。
具体实施方式
本文描述了一种铅酸电池，所述电池将AGM铅酸电池的优点与较小的重量和较小的尺寸合并在一起。本文描述的紧凑式电池使用较少的铅来实现改进的循环寿命和较高的CCA，克服了EFB铅酸电池和传统AGM铅酸电池的许多缺点，并且可以以较小的尺寸来提供此类优点。
参照附图，公开了电池100，并且具体地公开了可再充电电池，例如铅酸电池。根据实施例的一个或多个实例，电池100是铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的各种实施例可以是密封式的(例如，免维护的)或未密封式的(例如，湿式)。根据实施例的一个或多个实例，本文描述的铅酸蓄电池100优选地是密封式铅酸电池或AGM铅酸电池，并且为此可以包括吸收性玻璃垫(AGM)。尽管描述并展示了特定实例，但是所述电池可以是适合于所提供的目的的任何二次电池。
在图1中的车辆102中，提供并且示出了电池100。参照图2-图4，电池100是AGM铅酸电池，所述电池具有被吸收性玻璃垫108(也被称为“AGM”)分开的正极板和负极板104、106，所述吸收性玻璃垫吸收并保持电池的酸或电解质，并且防止其在电池100内部自由流动。工作电解质的饱和度处在低于100％饱和度的某值，以允许氢气和氧气的重新化合反应。更具体地，AGM铅酸电池100包括若干电芯元件110，其被设置在容器或外壳114的独立隔室112中。在插入期间可以将元件堆栈压缩，减小隔膜的厚度，目的是改进的性能。电解质(典型地是硫酸)可以被设置在容器114内，和/或被吸收在吸收性玻璃垫隔膜108中。容器或外壳114设置有盖116，并且所述盖可以被密封至所述外壳上。在各种实施例中，盖116包括电池端子118(例如118a–正极，118b—负极)。电池盖116还可以包括一个或多个装料孔帽和/或通风孔组装件115。例如，六个通风孔组装件115或阀可以被设置成与容器114的六个隔室112关联以允许每个隔室通风。
参照图3-图7，板104、106包括导电的正极板栅或负极板栅或集流构件120、122。正极糊膏124设置在正极板栅120上，并且负极糊膏126设置在负极板栅122上。更具体地，正极板104包括正极板栅120，在其上具有或承载正极活性材料或糊膏124，并且在实施例的一些实例中可以包括吸水纸(pasting paper)或稀松布(scrim)133(例如，由纤维构成的织造或非织造片材料)；并且负极板106包括负极板栅122，在其上具有或承载负极活性材料或糊膏126，并且在实施例的一些实例中可以包括吸水纸或稀松布133。放置在正极板与负极板104、106之间的是隔膜108。在例如本文描述的保留电解质类型的电池系统中，隔膜可以是多孔且吸收性玻璃垫(AGM)108。在一些实例中，吸收性玻璃垫108还可以与附加的隔膜一起使用。
多个正极板104和多个负极板106(连同隔膜108)通常构成电化学电芯110的至少一部分。如所示的，每个板系列或电芯可以包括一个或多个正极板104和一个或多个负极板106。因此，电池100包括正极板104和负极板106，并且更具体地，包括多个正极板和多个负极板。参照图3，根据铅酸蓄电池100的容量，多个板系列或册(book)或电芯110可以被电连接例如电联接成串联或其他配置。每个板栅120、122具有凸耳128(参见图4、图7)。在图3和图4中，设置有一个或多个汇流排铸焊(cast-on strap)或电芯间连接器130，在板系列或电芯110中，所述汇流排铸焊或电芯间连接器电联接具有相似极性的凸耳128，并且连接电池100中其他相应的板系列或电芯110。根据常见商业实践，汇流排铸焊或电芯间连接器130可以由铅或铅合金形成，并且根据已知的传统的布置，可以被布置成将串联的相应电芯110的凸耳128连接(参见图3-图4)。一个或多个正极端子柱和一个或多个负极端子柱132，并且具体地一个正极端子柱132和一个负极端子柱132(图2-图4)还可以被设置并且通过各种电芯间连接器130而被电连接至电芯。取决于电池设计，此类端子柱132典型地包括取决于电池设计而可以延伸穿过盖116和/或容器壁114的部分。将认识到，各种端子布置均是可能的，包括本领域已知的顶部、侧部、前部或角落配置。
如在本文中的各种实施例中描述的，正极板和负极板104、106(图4)为糊膏类型电极。因此，每个板104、106包括涂有活性材料124、126的板栅120、122。更具体地，糊膏类型电极包括充当基底的板栅120、122和设置在所述基底上的电化学活性材料或糊膏124、126。换言之，每个板104、106包括承载电化学活性材料124、126的板栅120、122。这些板栅，包括正极板栅120和负极板栅122，在正极活性材料和负极活性材料124、126或糊膏之间提供电接触，由此可以用以传导电流。
在实施例的一个或多个实例中，一个或多个板栅120、122可以具有与公开于美国专利号5,582,936、5,989,749、6,203,948、6,274,274、和6,953,641、8,709,664中的那些相似的放射状配置，所述美国专利特此通过援引并入本文中。为此，板栅120、122可以是经压制或冲压的全框架的板栅120、122，其具有板栅线134的放射状布置(参见图6-图7)。尽管提供了特定实例或放射状图案，但对于预期目的，在其上的变型也可以是可接受的。根据实施例的一个或多个实例，板栅120、122可以是相同或相似的。在一个实例中，一个或多个正极板栅120和一个或多个负极板栅122两者均可以具有相同或相似的配置或布置。然而，设想到板栅可以不同。例如，正极板栅120可以是经压制或冲压的全框架的板栅，其具有板栅线134的放射状布置，并且负极板栅122可以是连铸的或例如金属板网(expanded metal)或重力铸造的，或者负极板栅可以是经压制或冲压的全框架的但具有与正极板栅不同的板栅线图案。尽管出于举例的目的描述了板栅线布置、图案、以及板栅类型的特定实例，但是本发明不限于此并且适合于电池目的的任何板栅结构或布置均可以替代所描述的板栅。
根据实施例的一个或多个实例，板栅材料可以由铅(Pb)或铅合金(或任何导电性基底，即碳纤维)构成。板栅合金可以是常见的可商购的合金，并且为此可以以各种组合和百分比包含或包括铅、锡、银、钙、锑等中的一种或多种。正极板栅120和负极板栅122两者可以由相同材料形成。然而，设想到材料组成还可以在正极板栅与负极板栅之间变化。
在实施例的一个实例中，正极板栅和负极板栅120、122可以由不同厚度形成。然而，设想到板栅120、122可以具有相同厚度。每个板栅120、122的厚度可以基于期望的制造和性能参数而变化。例如，可以考虑厚度或可加工性或耐腐蚀性、以及最低制造要求或糊膏粘附的最低要求、或其他合适参数。然而，根据一个或多个实例，板栅材料可以构成最小厚度。
正极板栅中的腐蚀可以通过正极板栅的增加的厚度来抵消。正极板栅的增加的厚度抵抗板栅增长，并且抵抗由于高热量而板栅或电池故障的可能性。负极板栅，并且特别是AGM负极板栅，其在高度上较高，当减小厚度时可能难以涂膏。然而，如在本情况下所示的，相对于标准或传统AGM铅酸电池板栅，优选地将板栅120、122减小厚度，以至附加的板104、106当被成形为电池板时可以被插入电池100内，如本文描述的。例如，一个或多个电池板栅可以在厚度上减小了0.1至0.5毫米。在实施例的一个或多个实例中，负极板栅的厚度可以小于正极板栅的厚度。事实上，在实施例的一个或多个实例中，相比于标准或常规板栅，负极板栅的厚度可以是非常薄的。为此，负极板栅可以具有范围从0.65mm至0.75mm或大致0.65mm至大致0.75mm的厚度。在一个实例中，取决于制造标准或其他因素，凸耳宽度也可以变化，这可能影响总板栅重量。例如，在一些实例中，为了帮助改进CCA性能或是由于制造规格，可以使用较宽的凸耳(例如大于13mm)。
在各种实例中，通过减小板栅120和/或122中铅的量、或板栅的厚度，而使板栅以及包括一个或多个此类板栅的电池100的总重量减小。
尽管本文中出于说明的目的提供了特定实例，但可以对其进行变化以提供适合于具体应用的板栅尺度。例如，板栅的重量、以及所得电池100的最终重量可以变化。
更详细地，正极板104包含金属(例如铅合金)板栅120，在其上具有二氧化铅活性材料或糊膏124。可以用于正极糊膏中的含铅组合物的实例包括但不限于细碎的单质Pb、PbO(“一氧化铅”或“铅黄”)、Pb3O4(“红铅”)、PbSO4(“硫酸铅”，其中术语“PbSO4”被定义为还包括其关联的水合物、以及碱式硫酸盐：1PbO.PbSO4、3PbO.PbSO4.H2O、4PbO.PbSO4)、以及它们的混合物。不同材料可以与含铅糊膏组合物一起使用，本发明不限于任何具体材料或混合物(添加的纤维或其他成分)。取决于多种因素，包括例如电池100的预期用途和电池中使用的其他材料，这些材料可以单独使用或组合使用。
负极板106可以由在其上具有海绵状铅活性材料或糊膏126的金属(例如铅合金)板栅122构成。在优选的实施例中，负极糊膏126可以基本上与正极糊膏124相似，但是也可以不同。可以用于负极糊膏中的实例含铅组合物包括但不限于细碎的单质Pb、PbO(“一氧化铅”或“铅黄”)、Pb3O4(“红铅”)、PbSO4(“硫酸铅”，其中术语“PbSO4”被定义为还包括其关联的水合物、以及碱式硫酸盐：PbO.PbSO4、3PbO.PbSO4.H2O、4PbO.PbSO4)、以及它们的混合物。此外，负极活性材料还可以包含纤维和“膨胀剂”添加剂，以便(除了其他原因之外)维持活性材料结构并且改进性能特征。取决于多种因素，包括例如电池100的预期用途和电池中使用的其他材料，这些材料可以单独使用或组合使用。
在实施例的一个或多个实例中，涂膏的板(具有或不具有表面稀松布133)可以被压印、或在表面150上具有印记148，例如“华夫式(waffle)”印花(例如在图8中示出的)或“波纹式(riffle)”印花，以便提供例如多个凹槽，例如美国专利公布号2015/0104715中公开的，所述专利的全部内容通过援引以其全文并入本文中。如在所述公布中公开的，印记或凹槽可以帮助(除了其他益处之外)电解质流动和气体(空气、CO2、O2、H2)去除。
如所示的，可以在每个正极板104与负极板106之间设置隔膜材料。隔膜可以是吸收性玻璃垫108，并在实施例的一个或多个实例中可以包绕正极板和负极板104、106中的一个(或两个)的部分，或与正极板和负极板104、106中的一个(或两个)交错/设置在正极板和负极板104、106中的一个(或两个)之间。可以使用单层或双层的隔膜或AGM。吸收性玻璃垫108可以与传统吸收性玻璃垫隔膜相似地进行构造、和/或由与传统吸收性玻璃垫隔膜相似的材料构造，包括将薄玻璃纤维织造成垫(或更常见的非织造沉积的纤维)。根据实施例的一个或多个实例，吸收性玻璃垫材料可以是较薄的(或更高度压缩的)。在一个实例中，吸收性玻璃垫材料可以包含较少的纤维材料，以便减小吸收性玻璃垫隔膜108的厚度。在实施例的一个或多个实例中，隔膜或吸收性玻璃垫隔膜108可以包含100％玻璃纤维。在实施例的替代性实例中，隔膜或吸收性玻璃垫隔膜108可以包含玻璃纤维加上具有不同类型材料的第二或附加纤维。
在实施例的一个或多个优选的实例中，在给定的电池组尺寸上，相对于常规AGM铅酸电池，紧凑式AGM铅酸电池100具有增加数目的(一种或两种极性的)板104、106。下表2示出了在实例紧凑式AGM铅酸电池和实例标准AGM铅酸电池中在每个板系列或电芯元件110中正极板104的数目和负极板106的数目的代表性实例。如示出的，在标准或常规“LN1”AGM铅酸电池的一个实例中，可以将五个(5)正极板和六个(6)负极板设置成堆栈或板系列或册或电芯元件，以产生具有预先确定的电压的电池，例如车辆中的12-伏电池。在标准或常规“LN3”AGM铅酸电池的替代性实例中，可以将七个(7)正极板和八个(8)负极板设置成堆栈或板系列或电芯元件。相比之下，在本文描述的类型的紧凑式AGM铅酸电池的实施例的一个或多个实例中，可以向每个系列中增加附加的板。例如，如在表2中示出的，“LN1”AGM铅酸电池可以具有设置成板组或册或电芯的六个(6)正极板和七个(7)负极板；并且“LN3”AGM铅酸电池可以具有呈板系列或册或电芯的八个(8)正极板和九个(9)负极板。表1中示出了附加的实例。尽管提供了特定实例，但堆栈或板系列的数目可以变化。在阅读本说明书后，对于本领域技术人员也将显而易见，在任何具体堆栈中的板的尺寸和数目(包括各个板栅的尺寸和数目)、以及用于构造电池的堆栈的数目可以取决于期望的最终用途而变化。此外，尽管本文中具体地描述并在实例中展示了LN1/H4、LN2/H5、LN3/H6、LN4/H7，但是本领域技术人员将了解相同原理可以适用于附加或替代性尺寸的电池，例如LN5/H8和LN6/H9等。
当在紧凑式AGM铅酸电池中设置附加的板时，优选地，如先前讨论的，与标准或常规AGM铅酸电池中设置的那些相比，本文描述的紧凑式AGM铅酸电池100中的板104和/或106更薄，并且本文描述的紧凑式AGM铅酸电池100中设置的隔膜108也可以比常规AGM铅酸电池中设置的那些更薄(或更高度压缩的)，从而具有附加的板和隔膜的组装件可以适合安装在常规AGM铅酸电池容器114内。当电池100中使用了附加的板时，还可以设置附加的吸收性玻璃垫108以分开所述板。
有利地，以上描述的附加的板和更薄的板的组合对相同或大致相同的重量和/或尺寸的电池提供了表面积的增加。(在此情况下的表面积通过电池中板的高度/宽度/数目来计算)。这导致，除其他之外，改进的CCA性能。
实例
以下实例是对实施本发明的实施例的一个或多个实例的说明，而不是旨在限制本发明的范围。如本文描述的具有紧凑式设计的AGM铅酸电池100可以具有以下特征中的一个或多个。
实例1
表2中呈现了本文描述的类型的紧凑式AGM铅酸电池相对于标准或常规AGM铅酸电池的实例对比。
表2
一个实例紧凑式AGM铅酸电池与实例标准AGM铅酸电池的实例对比数据
Figure BDA0002376526590000121
Figure BDA0002376526590000131
注释：“PF”是指从威斯康辛州密尔沃基江森自控公司(Johnson Controls,PLC,Milwaukee,WI)可获得的
Figure BDA0002376526590000132
板栅。“PFo”是指从威斯康辛州密尔沃基江森自控公司可获得的替代性
Figure BDA0002376526590000133
板栅。注意，尽管没有包括在表2中，相对地，标准LN5/H8 AGM电池可以具有26.62kg的重量、381mm的长度、175mm的宽度、以及192mm的高度。
如在表2中可以看出的，尽管总体电池尺度相似，但是紧凑式AGM铅酸电池包括比标准或常规AGM铅酸电池更大数目的板(正极板和负极板两者)。紧凑式AGM铅酸电池的板栅也具有比标准AGM铅酸电池的板栅更小的重量并且更薄。此外，紧凑式AGM铅酸电池的板也更薄。
冷启动安培(CCA)是电池工业中使用的一种评级，以定义电池在冷温度下启动发动机的能力。例如，评级是指12-伏电池在0华氏度下同时维持至少7.2伏的电压在30秒期间可以提供的安培数。评级越高，电池的启动功率越大。如已知的，各个电池的变化可能不同，并且随着电池老化，电池启动功率恶化。其他标准还可以可用于评级性能。
显著地，紧凑式AGM铅酸电池具有大于标准AGM铅酸电池的CCA性能评级，并且事实上具有对应于下一级别电池组尺寸的CCA性能评级(例如，“LN1”的紧凑式AGM铅酸电池执行与标准“LN2”AGM铅酸电池以及LN2 EFB电池大致相同的任务，依此类推)。使用表2中示出的数据，就CCA性能评级而言，紧凑式AGM电池相对于标准AGM电池或EFB电池具有范围从105％至115％或更大的改进百分比，其实例如下：
LN1＝(660A/570A)*100＝115％
LN2＝(720A/660A)*100＝109％
LN3＝(800A/720A)*100＝111％
LN4＝(850A/800A)*100＝106％
实例2
在实施例的一个或多个实例中，本文描述的类型的紧凑式AGM铅酸电池可以具有电流密度的减小。放电电流密度可以被理解为冷启动安培除以板表面积。例如：
Figure BDA0002376526590000141
较低的电流密度有利于CCA性能。根据所述方程式，通过将板计数增加了一个极板对，例如可以用紧凑式AGM铅酸电池来实现，电流密度将减小。也就是说，由于正极板的表面积增加，所以存在减小的电流密度。还可以通过其他参数的改变来减小电流密度。
参照表2，以下提供了前述的非限制性实例：
紧凑式AGM铅酸电池，电池组尺寸–“LN3”或“H6”：
CCA＝800A；板计数：8个正极板/9个负极板；2个对立的板表面
电流密度＝800A/2(192.4cm2*8)＝800A/3078.4cm2＝0.2599A/cm2放电
标准AGM铅酸电池，电池组尺寸–“LN3”或“H6”：
CCA＝720A；板计数：7个正极板/8个负极板；2个对立的板表面
电流密度＝720A/2(192.4cm2*7)＝720A/2693.6cm2＝0.2673A/cm2放电
如通过以上计算可见的，在相同的电池组尺寸上，由于存在板数目的增加，在紧凑式AGM铅酸电池中电流密度(0.2599A/cm2对比0.2673A/cm2)更小。
实例3
表3中呈现了本文描述的类型的紧凑式AGM铅酸电池相对于标准或常规AGM铅酸电池的替代性实例对比。在所展示的实例中，示出了板栅占电池的重量百分比、糊膏占电池的重量百分比，以及铅(板栅和糊膏)占电池的重量百分比。
表3
Figure BDA0002376526590000151
注意，电池中铅(Pb)(板栅和糊膏)重量百分比或铅按重量计的百分比量是假设AGM铅酸电池中两个主要的铅来源是一个或多个板栅和一个或多个糊膏的近似值。然而，应理解，附加的电池部件，例如汇流排铸焊、端子、以及套管通常也由铅构成，并且可以进一步增加铅酸电池中的总体铅含量和重量百分比。
如可以看到的，相比于标准AGM电池，根据实施例的一个或多个实例的电池就铅含量而言是大致相同或减小的，但是仍提供相同或更好的性能(CCA)。更具体地，如可以在对比图9-图10中看出的，示出了紧凑式AGM铅酸电池和标准AGM铅酸电池的性能数据(以冷启动安培计)的图(图9)以及在所述电池中按重量百分数计(板栅加上糊膏)的铅(Pb)量的图(图10)，相比于标准AGM铅酸电池，电池中铅(Pb)的百分比量减小。出人意料地，尽管具有较少的铅，但是紧凑式AGM铅酸电池以较高的水平运作，并且具体地具有比标准AGM铅酸电池更高的CCA，也就是说，所述电池具有改进的发动机启动功率。较小的紧凑式电池可以提供与较大的传统电池相比更高的功率密度。
实例4
在实施例的另一个实例中，相比于标准AGM铅酸电池，在本文描述的类型的紧凑式AGM铅酸电池中每体积的电池性能(CCA)也得到了改进。具体地，紧凑式AGM电池具有比标准AGM电池大致大5A/升与15A/升之间的重量能量密度(kW/升或CCA安培/升)，下表4中示出了其实例。以下方程式用于说明AGM铅酸电池中每单位体积的大致性能。
性能/体积
Figure BDA0002376526590000161
其中：
CCA＝冷启动安培(A)
电池高度＝190mm(恒定的)
电池宽度＝175mm(恒定的)
电池长度＝X(其中X＝在给定电池组尺寸下的AGM铅酸电池容器的长度)
表4
Figure BDA0002376526590000162
将来自表2的数据应用于以上方程式的结果在表4和图11中示出，图11是在单位体积上的性能(CCA)的图，示出紧凑式AGM铅酸电池相对于标准AGM铅酸电池的性能的差和改进。如参照图11和表4可以看出的，根据实施例的一个或多个实例的电池具有超过现存的AGM电池改进的性能(CCA)/体积(升)，即重量能量密度。相比之下，在相同或更大的板栅、糊膏和铅含量的情况下，标准AGM电池具有较低的性能/体积。
实例5
参照图12-图13，示出了紧凑式AGM电池相比于标准AGM铅酸电池在近似铅(Pb)重量与性能的比率上的改进。
下表5对于每种电池类型或组尺寸提供了图12中示出的近似值。
表5
Figure BDA0002376526590000171
如可以看出的，在每种情况下，紧凑式AGM电池表现出相比于标准AGM电池大致10％的变化。
参照图9、图13和表2，当紧凑式AGM铅酸电池之间的电池重量的差随着组尺寸而增加时，紧凑式AGM铅酸电池(在CCA方面)表现得高于标准AGM铅酸电池。如可以看出的，紧凑式AGM铅酸电池提供的显著优点在于重量减小，具有较好的冷启动性能。当相比于EFB铅酸电池时，也看出相似优点。在较少的铅的情况下此种改进的性能导致车辆的较好的燃料经济性；铅(通常被认为是有毒物质)含量的减小；并且节省原材料成本。
根据实施例的一个或多个实例，并且如可以通过以上陈述的实例看出的，电池尺寸和电池中铅的量可以减小而不损失功率输出，例如CCA。根据实施例的一个或多个另外实例，对于固定的电池尺寸和隔膜压缩，功率(例如CCA)可以增加而不增加铅，并且事实上，铅略微减少。此外，在组小型化的事件中，简单地通过作为较小的电池组尺寸(较小的整体容器和较小的重量)，实际用途中使用的电池将包含较少的铅、较小重量、以及较小的尺寸。
有利地，电池内设置的附加的板为供给功率所必须的化学反应提供更大的活性表面。此外，通过增加板，内阻下降同时效率上升。也就是说，电池的内阻得到改进(例如更低)，这有利于启动-停止车辆和其他插电式汽车技术。还获得在冷启动安培(CCA)以及冷启动放电期间的电压方面的改进，其在此类电池的一些实例中可能是较高的。除了以上指出的优点之外，电池还可以被设置成具有与传统AGM电池相同或相似的CCA评级，但是可以在重量和包装尺寸上减小，导致为制造商和消费者两者节省各种成本。本文描述的电池可以更能够支持较高的电气负载，并且提供改进的充电接受能力和深度循环，以支持高要求的循环策略和高温性能，尤其是部分荷电状态运行(PSoC)。
根据实施例的一个或多个实例，还可以通过可实现的空间和/或重量的减少来完成组尺寸的小型化(可使用较低尺寸等级的电池)。这还可以在不损害性能的情况下完成。
有利地，本文公开的电池可以提供通过AGM替换标准SLI和/或EFB电池的机会。实际上，具有本文描述的一个或多个特征的电池可以具有比当前AGM和EFB铅酸电池更低的重量、更小的尺寸和更高的冷启动。此外，电池重量增加整体车辆重量，这可能影响车辆性能。因此，较轻重量的电池有助于车辆性能。例如，由于(除了其他原因之外)较低的重量和/或由于例如再生制动而在部分荷电状态(PSoC)下运行电池的机会，通过使用本文公开的电池可以获得车辆燃料效率和/或CO2排放的减少。较小尺寸的电池还使车辆设计能够更具灵活性。另外，防漏设计(例如，酸可以存储在AGM隔膜中，并且电池被密封)提供了将电池安装在各种位置和取向的机会，包括但不限于乘客舱内或行李箱内，从发动机隔室中去除电池使其得以避免在发动机罩下面的高温度–延长了使用寿命。
如本文所用的，术语“大致”、“约”、“基本上”以及相似的术语旨在具有与本公开的主题所属的领域普通技术人员常用和可接受的使用一致的宽泛的含义。阅读本公开的本领域技术人员应理解，这些术语旨在允许描述所描述的以及要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制为所提供的精确数值范围。相应地，这些术语应理解为表明，对所描述的以及要求保护的主题的非实质性的或无关紧要的修改或改变被视为在所附权利要求书中所述的本发明的范围内。
应当注意，在本说明书中对相对位置(例如，“顶部”和“底部”)的提及仅用于标识按照附图中定向的各种元件。应当认识到，具体部件的取向可以取决于使用它们的应用而大幅变化。
出于本公开的目的，术语“联接”意指两个构件直接或间接地彼此连接。此种连接本质上可以是固定的或本质上是可移动的。通过将这两个构件或这两个构件与任何附加的中间构件彼此一体地形成为单一整体、或通过将这两个构件或这两个构件与任何附加的中间构件彼此附接，可以实现此种连接。此种连接本质上可以是永久的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。
同样重要的是要注意，如实施例的各种实例中示出的系统、方法和设备的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中只对几个实施例进行了详细描述，但阅读本公开的本领域技术人员将容易了解到，在实质上不背离所述主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改都是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例的变化，参数值、安装布置、材料使用、颜色、取向等的变化)。例如，示出为一体地形成的元件可以由多个部分构造，或者示出为多个部分的元件可以一体地形成，接口的运行可以颠倒或以其他方式改变，系统的结构和/或构件或连接器或其他元件的长度或宽度可以改变，设置在元件之间的调节位置的性质或数目可以改变(例如，通过接合槽的数目或接合槽的尺寸或接合类型的改变)。根据替代性实施例，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以改变或重新排序。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以在实施例的各种实例的设计、运行条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。
尽管已经结合以上概述的实施例的实例描述了本发明，但是对于本领域中至少具有普通技术的人员而言，各种替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案，无论是已知的或是当前被预见的或可以被预见的，都可能变得显而易见。因此，如上陈述的本发明的实施例的实例旨在是说明性而不是限制性的。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本发明旨在包括所有已知或较早开发的替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案。
本说明书中的技术效果和技术问题是示例性而不是限制性的。应当注意，本说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。

Claims (20)

1.一种铅酸电池，包括：
容器；
所述容器中的一个或多个电连接的电芯，所述电芯由多个正极板和多个负极板形成，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和所述多个负极板中的正极板与负极板之间；
所述容器内的电解质；以及
范围从81至96安培/升的重量能量密度和等于或低于2.75克/安培的铅与重量性能的比率。
2.如权利要求1所述的铅酸电池，其中基于所述容器的体积所述电芯包括与标准电池组尺寸的电池相比更大数目的正极板、负极板和吸收性玻璃垫。
3.如权利要求1所述的铅酸电池，其中所述多个正极板和所述多个负极板包括板栅，所述板栅在其上具有放射状板栅图案与活性材料。
4.如权利要求1所述的铅酸电池，其中至少所述正极板或所述负极板在表面上具有压印图案。
5.一种LN1铅酸电池，包括：
容器；
所述容器中的一个或多个电连接的电芯，所述电芯由多个正极板和多个负极板形成，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和所述多个负极板中的正极板与负极板之间；以及
所述容器内的电解质；
其中所述电池具有小于17千克的重量和660安培的冷启动安培性能评级。
6.如权利要求5所述的铅酸电池，其中基于所述容器的体积所述电芯包括与标准电池组尺寸的电池相比更大数目的正极板、负极板和吸收性玻璃垫。
7.如权利要求5所述的铅酸电池，其中所述多个正极板和所述多个负极板包括板栅，所述板栅在其上具有放射状板栅图案与活性材料。
8.如权利要求5所述的铅酸电池，其中至少所述正极板或所述负极板在表面上具有压印图案。
9.一种LN2铅酸电池，包括：
容器；
所述容器中的一个或多个电连接的电芯，所述电芯由多个正极板和多个负极板形成，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和所述多个负极板中的正极板与负极板之间；以及
所述容器内的电解质；
其中所述电池具有小于20千克的重量和720安培的冷启动安培性能评级。
10.如权利要求9所述的铅酸电池，其中基于所述容器的体积所述电芯包括与标准电池组尺寸的电池相比更大数目的正极板、负极板和吸收性玻璃垫。
11.如权利要求9所述的铅酸电池，其中所述多个正极板和所述多个负极板包括板栅，所述板栅在其上具有放射状板栅图案与活性材料。
12.如权利要求9所述的铅酸电池，其中至少所述正极板或所述负极板在表面上具有压印图案。
13.一种LN3铅酸电池，包括：
容器；
所述容器中的一个或多个电连接的电芯，所述电芯由多个正极板和多个负极板形成，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和所述多个负极板中的正极板与负极板之间；以及
所述容器内的电解质；
其中所述电池具有小于22千克的重量和800安培的冷启动安培性能评级。
14.如权利要求13所述的铅酸电池，其中基于所述容器的体积所述电芯包括与标准电池组尺寸的电池相比更大数目的正极板、负极板和吸收性玻璃垫。
15.如权利要求13所述的铅酸电池，其中所述多个正极板和所述多个负极板包括板栅，所述板栅在其上具有放射状板栅图案与活性材料。
16.如权利要求13所述的铅酸电池，其中至少所述正极板或所述负极板在表面上具有压印图案。
17.一种LN4铅酸电池，包括：
容器；
所述容器中的一个或多个电连接的电芯，所述电芯由多个正极板和多个负极板形成，其中吸收性玻璃垫被间插在来自所述多个正极板和所述多个负极板中的正极板与负极板之间；以及
所述容器内的电解质；
其中所述电池具有小于26千克的重量和850安培的冷启动安培性能评级。
18.如权利要求17所述的铅酸电池，其中基于所述容器的体积所述电芯包括与标准电池组尺寸的电池相比更大数目的正极板、负极板和吸收性玻璃垫。
19.如权利要求17所述的铅酸电池，其中所述多个正极板和所述多个负极板包括板栅，所述板栅在其上具有放射状板栅图案与活性材料。
20.如权利要求17所述的铅酸电池，其中至少所述正极板或所述负极板在表面上具有压印图案。
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