CN113611923A - 一种内置超声波维护系统的超声波电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内置超声波维护系统的超声波电池装置，包括电池外壳、正极组件、负极组件、隔离组件、超声波维护系统，超声波维护系统包括超声波振动元件、维护输入端口、渗透通道、排污输出端口等。超声波振动元件密封安装于正极组件或负极组件或隔离组件上，渗透通道设置于正极组件或负极组件或隔离组件上，维护输入端口设置于电池外壳顶面上，排污输出端口设置于电池外壳侧面下部上。本产品无需将电池从所应用的设备取下，便能按需、定时地对电池进行维护，延长电池使用寿命；在寒冷气候环境下，还可以利用其对电池进行升温，使电池可以正常充放电，而且可以在不拆解电池、不破坏电池的前提下，可以简单、方便地对电池换液的修复操作。

Description

一种内置超声波维护系统的超声波电池装置

技术领域

本发明涉及蓄电池领域，特别是一种内置有超声波空化效应的蓄电池。

背景技术

铅酸电池，主要由电池壳体、正极板、负极板、隔板和电解液等构成，隔板插置于正极板与负极板之间，以防止正、负极板相互接触而发生短路，隔板上密布有无数的细小孔，这样既可以保证电解液的通过，又可以阻隔正、负极板之间的接触，起到控制电解液的反应速度，保护电池的作用。现有的铅酸电池，在电池使用一段时间后，在正极板、负极板、隔板的表面上都会附着有硫酸铅晶体，隔板上的硫酸铅晶体不断增多，会阻碍到电解液的通过；正极板、负极板的表面上覆盖的硫酸铅晶体不断增多，会影响到其与电解液之间的导电性。从而不论在隔板上的硫酸铅晶体，还是在正极板、负极板的硫酸铅晶体，都会影响到铅酸电池的蓄电性能、充放电性能。久而久之，就会导致铅酸蓄电池无法蓄电和充放电。

此外，在铅酸蓄电池充放电过程，存在电化学极化和浓差极化，大电流充放电主要受浓差极化的影响。铅酸蓄电池工作温度降至0℃以下充电，在充电初始负极板会发生严重的浓差极化，使电池充电接受能力被限制，进而造成电池充、放电随着温度的降低而明显减少。当环境温度降至0℃以下，温度每降低10℃，内阻约增大15％左右，因为硫酸溶液粘度变大，所以增大了硫酸溶液电阻，而加重了电极极化影响。蓄电池容量会明显减小。目前，铅酸蓄电池在低温环境下应用，还没有很好的电池升温解决办法。

锂离子电池主要由正极（LiMn2O4材料）、负极（石墨材料）、电解质与隔膜片材构成。在电源给电池充电时，正极上的电子从通过外部电路跑到负极上，锂离子从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜片材上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。在电池放电时，负极上的电子从通过外部电路跑到正极上，锂离子从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜片材上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。锂离子首先会从正极出发，经过电解质后抵达负极，而在电池首次充放电池，电极与液态电解质之间会形成固态电解质特性的钝化层，其名为固态电解质界面（SEI）。SEI 拥有双重身分，为电子绝缘体同时也是锂离子的优良导体，而该薄膜可保护电池、避免发生有害反应，并让锂离子在电极跟电解质之间来回穿梭，对锂离子电池性能来说，SEI可说是关键要点，若SEI性能不佳，电池会存有许多问题。一旦SEI开始衰退，成堆问题便接踵而来，像是在多次充放电或者多快速充电之后，锂电极就容易沉积不均匀并长出结晶，这些锂金属结晶会对锂离子移动构造遮挡，影响锂离子的移动，进而造成电池容量损失、充放电效率降低，或者是，随着锂金属结晶的不断增长，会刺穿隔膜片材，使正、负极短路，最终导致电池起火。

另外，锂离子电池的工作环境温度为0-40℃，当环境温度低于0℃后，隔膜片材上的毛细孔，也俗称“小洞”，因热胀冷缩的原理而收缩变小，令锂离子较难或无法穿过隔膜片材，锂离子在电解液中也容易发生凝结，移动起较慢，造成锂离子电池无法正常充、放电，整体性能就会下降。因而，如何在寒冷气候环境保证锂离子电池正常充、放电，也是亟待解决的技术问题。

在现阶的铅酸蓄电池、锂离子电池应用过程中，当它们分别出现了前面所述问题的时候，铅酸蓄电池普遍采用将电池壳体切割开，将正极板、负极板、隔板等从电池壳体内取出，利用清洗液、清洗工具，清除掉正极板、负极板、隔板上附着的硫酸铅晶体；完毕后，再正极板、负极板、隔板安装回电池壳体，并密封焊接好切割的位置，往电池中添补上新的电解液即完成修复。而对于锂离子电池，目前完全没有可以修复的手段，只能当废品整体报废处理掉。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题和不足，提供一种内置超声波维护系统的超声波电池装置，该超声波电池装置通过将超声波维护系统内置于电池中，使电池不须从所应用的设备取下，便能按需、定时地对电池进行维护，延长电池使用寿命，使电池性能不衰减；在寒冷气候环境下，还可以利用其对电池进行升温，使电池在寒冷气候环境下应用，性能不衰减，不影响正常充放电，而且可以在不拆解电池、不破坏电池的前提下，就可以简单、方便地对电池内部进行旧电解液清除、换上新的电解液的修复操作。

本发明的技术方案是这样实现的：一种内置超声波维护系统的超声波电池装置，包括电池外壳、正极组件、负极组件、设置于正极组件与负极组件之间的隔离组件；其特征在于：还包括超声波维护系统，所述超声波维护系统包括超声波振动元件、维护输入端口、渗透通道、排污输出端口，其中所述超声波振动元件密封安装于正极组件或负极组件或隔离组件上，并设置有从正极组件或负极组件或隔离组件中伸出的、与超声波振动元件相电连接一起的电线；所述渗透通道设置于正极组件或负极组件或隔离组件上；所述维护输入端口设置于电池外壳顶面或侧面上部上，并与所述渗透通道相贯通连接一起，在维护输入端口上还设置有密封盖帽；所述排污输出端口设置于电池外壳底面或侧面下部上，在排污输出端口上还设置有密封盖帽。

优选地，所述正极组件或负极组件包括多块极板片、固定设置于各块极板片的顶端上的顶部连接件、固定安装于顶部连接件上的接线柱，在极板片与极板片之间还形成有间隔槽。

优选地，所述渗透通道横向设置于极板片的其中一侧壁上部，所述极板片的顶边上还设有过孔，所述顶部连接件上还设有内通道，所述过孔与内通道将渗透通道和维护输入端口贯通连接一起。

优选地，所述隔离组件为片状的隔片，所述隔片上沿其四周边上还设有一圈环体，所述环体中设有内腔室，所述超声波振动元件沿着环体分布安装于其内腔室中。

本发明的有益效果：本发明通过将超声波维护系统内置于电池中，作为电池一部分机构，使电池在日常使用过程中，可以根据需要设定超声波维护系统的工作时间，定时、便利地按需地对电池进行超声波维护，利用超声波的“空化”效应，使电池液不断地冲刷电极板、隔板等部件，来消除或者抑制电池内部结晶的问题，确保电池正常性能而不发生衰减，大大延长电池的使用寿命；在寒冷气候环境时，可以利用超声波产生高频振动和“空化”效应，来加速电池内部的物质分子运动和电池液分子运动，起到电池内部运动升温作用，可以有效解决电池在低温环境下，电池性能衰减、不能正常充放电的问题；并且，利用超声波产生高频振动，使物质内部分子加速运动，使其还能起到辅助电池升温，加速电池充电效率，缩短充电时间。此外，通过超声波维护系统可以在不拆解电池、不破坏电池的前提下，就可以简单、方便地对电池内部进行旧电解液清除、换上新的电解液的修复操作，从而可以极大地延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的方案一的剖面结构示意图。

图2为本发明的方案一的正极组件、负极组件、隔离组件在拆解状态下的结构示意图。

图3为本发明的方案一的带有局部剖面结构的电极组件的结构示意图。

图4为本发明的方案一的带有局部拆解的电极组件的结构示意图。

图5为本发明图1中A-A方向的电池外壳内底面的结构示意图。

图6为本发明方案二的剖面结构示意图。

图7为本发明的方案二的电极组件在拆解状态下的剖面结构示意图。

图8为本发明的方案二的隔离组件的纵向剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1或图6所示，本发明所述的一种内置超声波维护系统的超声波电池装置，包括电池外壳1、正极组件2、负极组件3、设置于正极组件2与负极组件3之间的隔离组件4等；为了实现本发明的目的，如图1至图4所示、或者如图6至图8所示，本发明还包括超声波维护系统，所述超声波维护系统包括超声波振动元件51、维护输入端口52、渗透通道53、排污输出端口54，其中，所述超声波振动元件51密封安装于正极组件2或负极组件3或隔离组件4上，并设置有从正极组件2或负极组件3或隔离组件4中伸出的、与超声波振动元件51相电连接一起的电线55，该电线55最后伸出于电池的顶面上连接有一接线端60；所述渗透通道53可以设置于正极组件2或负极组件3或隔离组件4上；所述维护输入端口52设置于电池外壳1顶面或侧面上部上，并与所述渗透通道53相贯通连接一起，在维护输入端口52上还设置有密封盖帽56；所述排污输出端口54设置于电池外壳1底面或侧面下部上，在排污输出端口54上还设置有密封盖帽56。本发明通过前面的结构设计，使电池在日常使用过程中，可以根据需要设定超声波维护系统的工作时间，定时、便利地按需地对电池进行超声波维护，利用超声波的“空化”效应，使电池液不断地冲刷电极板、隔板等部件，来消除或者抑制电池内部结晶的问题，确保电池正常性能而不发生衰减，大大延长电池的使用寿命。在寒冷气候环境时，可以利用超声波产生高频振动和“空化”效应，来加速电池内部的物质分子运动和电池液分子运动，起到电池内部运动升温作用，可以有效解决电池在低温环境下，电池性能衰减、不能正常充放电的问题。此外，通过超声波维护系统可以在不拆解电池、不破坏电池的前提下，就可以简单、方便地对电池内部进行旧电解液清除、换上新的电解液的修复操作，从而可以极大地延长了电池的使用寿命。

本发明可以根据超声波振动元件51在正极组件2、或者负极组件3、或者隔离组件4上安装的位置不同，并由此而带来的正极组件2与负极组件3的具体构造不同，以及隔离组件4的具体构造不同，进而可以延伸出不同的具体实施方案，来供人们选择实施。具体体现如下：

第一种的具体实施是这样的：如图2所示，所述正极组件2、或者负极组件3，包括多块极板片21、固定设置于各块极板片21的顶端上的顶部连接件22、固定安装于顶部连接件22上的接线柱23，在极板片21与极板片21之间还形成有间隔槽24。此时，如图2和图3所示，所述渗透通道53横向设置于极板片21的其中一侧壁上部，所述极板片21的顶边上还设有过孔6，所述顶部连接件22上还设有内通道7，所述过孔6与内通道7将渗透通道53和维护输入端口52贯通连接一起。如图4所示，所述极板片21的另一侧壁上还分别设有容纳腔室25与导线槽26，所述超声波振动元件51安装于容纳腔室25中，所述电线55沿着导线槽26布置，在极板片21的另一侧壁上还覆盖有一块将容纳腔室25与导线槽26密封封装的极板盖片27。所述极板盖片27与极板片21之间一般可以焊接方式而密封地装配为一体，以防止电解液进入到容纳腔室25，腐蚀到超声波振动元件51及电线55。

第二种的具体实施是这样的：如图6至图8所示，所述隔离组件4为片状的隔片，所述隔片上沿其四周边上还设有一圈环体40，所述环体40中设有内腔室41，所述超声波振动元件51沿着环体16分布安装于其内腔室41中。如图7所示，所述环体40的顶部上、位于内腔室41的侧旁还设置有呈横向水平布置的所述渗透通道53；在环体40的顶部上还设置有过孔6，该过孔6将渗透通道53与维护输入端口52贯通连接一起。此外，为了便于输入的电解液由渗透通道53渗透并覆盖流到隔离组件4上，如图7所示，在环体40的顶边底面两侧还分别设置有渗透通道53，以使在从过孔6进入的电解液，能从两侧的渗透通道53进入并冲刷于所述隔片上；同时，在隔片在底边上，所述正极组件2与负极组件3的底边能短于所述隔片的底边，以使它们安装后能如图7下端所示，在正极组件2与负极组件3的底边与隔片的底边之间留下一道间隙30，以便于电解液渗出和冲刷下来杂质的流出；与此同时，在环体40的底边的内侧角也做成为切角结构50，以便杂质流出，不会积聚于环体40的底边上。

所述超声波振动元件51为1MHz或以上的超声波换能器、或者1万转速或以上的超声波振动马达，以获得较佳的超声波“空化”效果与性能。并且，所述超声波振动元件还可以根据在电池中所应部位的不同，来选择扁平形状的规格，例如图4所示方案；或者条形状的规格，例如图8所示方案。此外，在实际运用时，本发明一般还包括一个用于控制超声波振动元件工作的控制器或者主机，利用控制器或者主机来控制整个电池中的超声波振动元件的工作。在控制器或者主机中设置有主控电路板，在主控电路板上还可以加入可编程的MCU主控芯片，以及WIFI模块通信模块或蓝牙模块通信模块，同时编写相应的APP应用程序安装于智能手机、平板电脑等上，即可以实现无线的通信与控制，也可以采用线控或遥控方式进行操作本产品运行。同时，还可以在主控电路板加入计数器模块与扬声器模块，对电池充放电次数进行统计，当充放电次数达到预设数值时，就可以自动启动超声波振动元件51对电池进行一般维护，从而省去了人的介入，才能启动一般维护工作的不足。同时，当统计到预设的总充放电次数时，可以发出提示音，提醒人们对电池进行深度的换液修复。

如图1或图6所示，所述电池外壳1包括盖壳体11与底壳体12，所述维护输入端口52设置于盖壳体11上，所述底壳体12设置有多个电极腔室13，所述在正极组件2与负极组件3相互间隔嵌套，所述隔离组件4嵌套于正极组件2与负极组件3之间。为了便于排走超声波空化处理后的杂质、碎小物质，如图1和图5所示，所述电极腔室13的腔底上还设有多根水平布置的凸筋14，在凸筋14与凸筋14之间还设有排污输出端口54。为了减少在维护修复的操作上麻烦，如图1或图6所示，所述底壳体12的底面还设有排污通道15，所述排污通道15与排污输出端口54相连接通一起；在排污通道15的侧面上还设有一个总排污端口16，所述密封盖帽56安装于总排污端口16上。这样的话，就使各个电极腔室13的底端相互连接一起，每个电极腔室13的排出的污液从每个排污输出端口54排出后，汇总到排污通道15，经总排污端口16统一排走。

在对电池进行深度维护修复时，打开维护输入端口52上的密封盖帽56，将电动增压泵的输出管插入到维护输入端口52中，电动增压泵的输入管与电解液的盛装容器连接，通过电动增压泵将新的电解液加压泵送入电池的维护输入端口52，经盖壳体11上的连通流道110，输经过孔6，由渗透通道53排出，浇淋在隔离组件4上，此时打开总排污端口16，且启动超声波振动元件51，在电动增压泵的增压作用下，以及在超声波振动元件51高频振动下，附着于隔离组件4表面上的结晶物质、正极组件2表面的结晶物质、负极组件3表面的结晶物质等等，流下到排污输出端口54，排入排污通道15，经总排污端口16统一排走。当冲清到总排污端口16流出的电解液混淆有杂质的前提下，表明电池的维护修复已到位，此时就可以将总排污端口16盖上密封盖帽56进行关闭，往电池内补充满足够的电解液，盖上维护输入端口52的密封盖帽56，整个维护修复过程完成，整个电池的性能基本能达新的初始状态。本发明通过超声波维护系统可以在不拆解电池、不破坏电池的前提下，就可以简单、方便地对电池内部进行旧电解液清除、换上新的电解液的修复操作，从而可以极大地延长了电池的使用寿命。

Claims (10)

1.一种内置超声波维护系统的超声波电池装置，包括电池外壳（1）、正极组件（2）、负极组件（3）、设置于正极组件（2）与负极组件（3）之间的隔离组件（4）；其特征在于：还包括超声波维护系统，所述超声波维护系统包括超声波振动元件（51）、维护输入端口（52）、渗透通道（53）、排污输出端口（54），其中

所述超声波振动元件（51）密封安装于正极组件（2）或负极组件（3）或隔离组件（4）上，并设置有从正极组件（2）或负极组件（3）或隔离组件（4）中伸出的、与超声波振动元件（51）相电连接一起的电线（55）；

所述渗透通道（53）设置于正极组件（2）或负极组件（3）或隔离组件（4）上；

所述维护输入端口（52）设置于电池外壳（1）顶面或侧面上部上，并与所述渗透通道（53）相贯通连接一起，在维护输入端口（52）上还设置有密封盖帽（56）；

所述排污输出端口（54）设置于电池外壳（1）底面或侧面下部上，在排污输出端口（54）上还设置有密封盖帽（56）。

2.根据权利要求1所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述正极组件（2）或负极组件（3）包括多块极板片（21）、固定设置于各块极板片（21）的顶端上的顶部连接件（22）、固定安装于顶部连接件（22）上的接线柱（23），在极板片（21）与极板片（21）之间还形成有间隔槽（24）。

3.根据权利要求2所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述渗透通道（53）横向设置于极板片（21）的其中一侧壁上部，所述极板片（21）的顶边上还设有过孔（6），所述顶部连接件（22）上还设有内通道（7），所述过孔（6）与内通道（7）将渗透通道（53）和维护输入端口（52）贯通连接一起。

4.根据权利要求3所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述极板片（21）的另一侧壁上还分别设有容纳腔室（25）与导线槽（26），所述超声波振动元件（51）安装于容纳腔室（25）中，所述电线（55）沿着导线槽（26）布置，在极板片（21）的另一侧壁上还覆盖有一块将容纳腔室（25）与导线槽（26）密封封装的极板盖片（27）。

5.根据权利要求1所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述隔离组件（4）为片状的隔片，所述隔片上沿其四周边上还设有一圈环体（40），所述环体（40）中设有内腔室（41），所述超声波振动元件（51）沿着环体（16）分布安装于其内腔室（41）中。

6.根据权利要求5所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述环体（40）的顶部上、位于内腔室（41）的侧旁还设置有呈横向水平布置的所述渗透通道（53）；在环体（40）的顶部上还设置有过孔（6），该过孔（6）将渗透通道（53）与维护输入端口（52）贯通连接一起。

7.根据权利要求1至6任意一项所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述超声波振动元件（51）为1MHz或以上的超声波换能器、或者1万转速或以上的超声波振动马达。

8.根据权利要求1所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述电池外壳（1）包括盖壳体（11）与底壳体（12），所述维护输入端口（52）设置于盖壳体（11）上，所述底壳体（12）设置有多个电极腔室（13）。

9.根据权利要求8所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述电极腔室（13）的腔底上还设有多根水平布置的凸筋（14），在凸筋（14）与凸筋（14）之间还设有排污输出端口（54）。

10.根据权利要求9所述内置超声波维护系统的超声波电池装置，其特征在于：所述底壳体（12）的底面还设有排污通道（15），所述排污通道（15）与排污输出端口（54）相连接通一起；在排污通道（15）的侧面上还设有一个总排污端口（16）。

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