CN1279824A - 冲压式蓄电池格栅 - Google Patents

Abstract

一种铅酸性蓄性池电压式格栅,具有电学性能优化的格栅图案。所述格栅包括具有相对上下框件的导电栅体、相对的第一与第二边框件及多个形成格栅图案的互连格线件。格线件包括多个垂直格线件和多个与之互连的十字格线件。垂直格线件与十字形框件限定支持电化学糊的开口区,而且大多数开口区的尺寸基本上相同,相差在2%以内。

Description

冲压式蓄电池格栅

发明背景

1．技术领域

本发明一般涉及蓄电池使用的格栅，特别涉及应用于电学性能优化、重量减轻并维持蓄电池寿命特性的铅酸蓄电池的冲压蓄电池格栅。

2．相关技术的讨论

铅酸蓄电池格栅为装在其内部的活性材料提供结构支持，同时在蓄电池放电期间用作集电器，而在蓄电池再充电期间用作配电器。因此，格栅设计追求的是将格栅能支持的活性材料量实现优化，以在格栅重量减至最轻的同时提高格栅的集电与配电特性。将格栅重量减至最轻同时优化导电能力的努力导致出现了许多格栅设计方案。然而，制造方法和与之相关的种种缺点限制了制造更大数量格栅图案的能力，而这些格栅图案增强了导电能力且减轻了重量。

蓄电池格栅通常用浇铸、多孔金属网成型和冲压成形法等工艺制造。浇铸格栅已应用多年，它是将熔融的铅注入模内，待铅冷却后使格栅与模分离而制造的。与多孔金属网或锻制格栅相比，浇铸格栅有更高的多孔性，表面光洁粗糙。每一个这样的特征都会导致基本上由于电池失效而造成的格栅腐蚀。再者，浇铸工艺固有的模具制约条件限制了可由浇铸形成的格线图案。因模具制约而造成的其它局限性既限制了格线形状，又限制了铅的分布，从而影响了格栅的电学性能与效率。浇铸工艺的另一些缺点包括要求用模具涂料帮助格栅从模具中脱出，提高产量则要使用多副模具。这些工艺制约条件引入了不理想的格栅变化。最后，从加工材料不是从头至尾通过处理的意义上讲，浇铸工艺是不“连续”的。相反地，加工件在每个处理站进行汇集，然后成批传给下一个处理站。

然而，本发明克服了浇铸格栅的许多缺点，特别是解决了模具制约条件对格线图案、格线形状和铅分布造成的局限性。具体而言，蓄电池格栅铸模通常沿格栅的水平格线注入铅合金，而铅合金在水平格线凹进的端部进入模具，并且铅合金从那里通过水平格线凹口流入连接垂直格线凹口而形成垂直格线。为确保完整地形成垂直格线，就要限制相邻水平格线之间的间距，从而限制了容纳糊状填料的调色板的尺寸。此外，浇铸法的制造局限性还要求水平格线连续不断且相互平行，从而进一步限制了用该工艺制造的格栅图案。

格栅也可通过某种工艺用多孔金属网形成，在所述工艺中，先将一条浇铸或锻制的铅料穿孔，然后拉制或扩展。多孔金属网格栅的生产率比浇铸工艺更高，因为多孔金属网工艺是连续的，即一条铅料进入工艺后，出来的是做好的格栅。然而，在格线图案、格线形状和铅分布方面，多孔金属网格栅也有局限性。此外，多孔金属网格栅包含了扩展形成的应力区，从而导致腐蚀。虽然可通过添加银等贵金属添加物减少腐蚀，但是这种腐蚀补偿增大了制造费用。美国专利No．5，582，936已揭示了一种用浇铸工艺形成的铅酸蓄电池极板的格栅，该专利授予Mrotek等人，现已转让给本发明的受让人，在此引作参照。Mrotek等人发明的蓄电池格栅包括这样一些特征，即优化以流入格栅的电流，同时减少一格栅中的铅总量，使格栅重量保持最轻。然而，Mrotek等人在’936专利中提出的蓄电池格栅也有上述格栅浇铸工艺所固有的各种缺点。

本发明结合’936专利中的某些技术，优化了格栅的电学性能，减轻了格栅的重量，并且包括一些附加的特征，以提供浇铸型格栅无法实现的其它特性。

发明概述

根据本发明的内容，揭示了一种蓄电池系统的冲压式格栅，与本领域中已知的其它格栅相比，所述冲压式格栅提供经改进的腐蚀能力，并优化了电学性能。冲压式格栅包括具有相对上下框件的导电栅体、相对的第一与第二边框件和多个形成格栅图案的互连格线件。格线件包括多个电气连接至上下框件的垂直格线件、多个连接至上框件或第一与第二边框件之一的垂直格线件，以及多个与垂直格线件互连的十字形格栅件。垂直格线件形成一种自公共交叉点定向的径向图案。在一个实施例中，每个电气连接至上框件和第一与第二边框件之一的垂直格栅件包括与其成的90度角连接的十字形格栅件。在另一特定实施例中，垂直格栅件与十字形格栅件限定了支持电化学糊膏的开口区，而大部分开口区保持在同尺寸的百分之二以内。

附图简述

在阅读了下面结合附图所作的详述以后，本发明的目的与特征就变得很清楚了。其中，

图1是根据本发明的冲压式铅合金蓄电池格栅的平面图。

较佳实施例的详述

下面针对铅酸蓄电池冲压式格栅所讨论的诸较佳实施例，实际上仅是示例而已，并不打算限制本发明的应用或使用。

本发明针对以冲压工艺形成的蓄电池格栅，与利用浇铸或多孔金属网工艺制造的那些格栅相比，已对腐蚀与电学性能作了优化。改进的腐蚀与电学性能源自以冲压工艺形成的格栅结构，这些优点包括优化的格线图案、不对称而偏移的格线图案、经改进的格线厚度控制(格线纵横比)、改进的格线形状控制、格栅中改进的铅分布(格栅自上而下的百分比铅分布)以及粒度控制。腐蚀性能有了增强，因为颗粒结构相对无应力，而且冲压板的多孔性小。此外，冲压工艺基本上不会使颗粒变形或将其它应力加入格栅而导致腐蚀爆发地。独特而优化的格线图案、改进的格线尺寸控制和格栅内优化的铅分布，增强了电学性能。

格栅是通过对连续的铅料板冲压戒打孔制成的。铅料板是以连续的浇铸工艺或滚压工艺形成，对某一特定应用而言，取决于哪一种工艺能得到最佳的颗粒结构。在保持连续的板条的同时，格栅经打孔成形。格栅形状是累进的打孔操作的结果，即通过若干次打孔操作将特征加到格栅。打孔的板条经处理加上活性材料(糊)和一层纸，然后将板条切成单独的格栅。当然，可以应用能产生本发明的格栅的任何一种特定的冲压操作方法，这也在本发明范围内。

下面针对本发明的蓄电池格栅的讨论有其主要的用途，即作为应用于12伏铅酸汽车蓄电池的格栅。下述讨论专指格栅结构本身，不涉及特定的应用。正如在本领域中所理解的，格栅可以是蓄电池极板部分，对标准蓄电池中若干堆的每一堆而言，该极板部分可以是若干极板之一。格栅是正极板还是负极板，或者蓄电池包括一定数量的极板还是堆，以及格栅的特定尺寸，均取决于具体的应用。’936专利更全面的讨论了完整的蓄电池。这种格栅还能应用于其它场合，如用作电解工艺的电极。例如，可将格栅应用于氯碱工艺用电流制氯而制造聚氯乙烯。而且，格栅材料一般为铅合金，但是这种格栅的材料可以有所不同，这并不构成本发明的组成部分。

图1示出蓄电池格栅10的正视图，例如根据本发明的一个实施例。格栅10可以是电池极板部分。格栅10是铅合金制造的冲压式格栅，其功能与’936专利中揭示的格栅基本上相同。格栅10包括上框件12、第一与第二边框件14与16以及下框件18。如下文要讨论的，格栅10包括一系列格线，这些格线限定了保持电化学糊(未示出)的开口区20，而电化学糊提供电流的产生。集成突出部22与上框件12连成一体且偏离上框件12的中心。上框件12包括直接位于突出部22下面的扩展的导电部24，且具有图示的形状以优化导入突出部22的电流。’936专利中也示出了集电突出部22与扩展部24。

一系列经向伸展的垂直格线件26(a)～26(o)构成了格栅10部分，并基本上以与’936专利中的垂直格线相同的方法安排。如图所示，垂直格线件26(c)～26(n)连接至上框件12与下框件18，垂直格线件26(a)与26(b)连接至上框件12与第一边框件14，而垂直格线件26(o)连接至上框件12与第二边框件16。垂直格线件26(i)平行于边框件14与16，其余的垂直格线件26(a)～26(h)和26(j)～26(o)则沿着穿过垂直件26(i)的半径线向虚交叉点作径向延伸。垂直格线件26(a)～26(o)从下框件18移向上框件12时变得相互更为靠近，在从垂直件26(i)移向左边框件14或右边框件16时则分离得更远。

垂直格线件26(a)～26(o)的宽度从下框件18到上框件12增大而呈锥形，以致在从下框件18产生的电流流向上框件12的优化了格线件26(a)～26(o)的载流容量。格线件26(a)～26(o)的宽度朝下框件18减小，因而下框件18处产生的电流很小，所以减少了必需的铅总量，从而减轻了蓄电池的重量。在边框件14与16之间，格线件26(a)～26(o)的宽度与间距都是预定的，因而在格栅10的横向宽度基本上有同等数量的电位点。然而，由于格栅10是冲压的，所以格线件26(a)～26(o)可以比’936专利中相应的格线件更薄，而且不用模具，无须优化铅的流动在浇铸工艺中制造格栅。

扩展部24的尺寸从格线件26(e)开始移向格线件26(i)自上而下的增大。同样地，扩展部24的尺寸从格线件26(i)开始移向格线件26(n)自上而下地减小。扩展部24在尺寸与形状方面的这些变化对应于要送到突出部22的集电点的增大的电流，以优化格栅10的载流效率。在关键的集电区(突出部22下面)中格线件的横截面越大，则防蚀能力越佳，这样就延长了格栅与26(a)～26(o)的使用寿命。虽然上框件12中使用的铅总量比某些设计中的更多，但是格栅10中的整个铅含量实际上更少些，因为底部的格上宽度较小，所以减少了格栅10中小电流部分(诸如格栅10底部附近的格线件)所使用的铅总量。这就支持了格栅10宽度内基本上同等电位点的特征，而这些点从突出部22的中心开始采取基本上呈弧形的形式以优化流入格栅10的电流。

’936专利中的格栅(见该专利的图1)包括一系列水平格线，它们等间距分开且与格栅的上下框件平行。大多数水平格线是连续的并横穿格栅直线定向，由于浇铸工艺的要求，所以做成这种结构。因为垂直格线相对于中心垂直格线以径向配置，而且水平格线横贯格栅呈直线定向，所以在垂直与水平格线之间限定的保持导电糊的若干开口区，其尺寸在各个位置是不同的。由于开口区的面积不同，因而格栅中产生的功率不均匀，所以蓄电池的电学性能未优化。

格栅10还包括多个水平或十字形格线件。十字形格线件包括一组位于格栅10中部的平行水平格线件30。另外，在格栅10的左侧，格栅10包括三组十字形格线件，其中第一组十字形格线件32相互平行地连接在左框件14与垂直件26(a)之间，第二组十字形格线件34相互平行地连接在垂直件26(a)与26(b)之间，而第三组十字形格线件36相互平行地连接在垂直26(b)与26(c)之间。而且，如图所示，在格栅10的右侧，格栅10还包括相互平行地连接在垂直件26(n)与26(o)之间的第四组十字形格线件38及相互平行地连接在垂直件26(o)与右边框件16之间的第五组十字形格线件40。十字形格线30～40的角度与组数追随电位等高线，可以随特定格栅的几何图形而变化。如图所示，一系列短支持线42连接至下框件18。垂直格线件26(a)～26(o)与水平格线件30或十字形线件32～40这几部分相组合，限定了支持导电电化学糊的开口区20。众所周知，虽然直线形格栅图案能获得同样的开口面积，但是直线形格栅要比径向格栅设计差得多了。

由于格栅10是冲压件而非浇铸件，所以不同组的十字形格线件30～40相互不必对准成以直线定向越过格栅10，但是它们的位置对电学性能作了优化。根据本发明，多组格线件30～40的定向相互相对自上而下的方向作了分隔，因而大多数开口区20具有基本上相同的尺寸。在一个实施例中，90％或更多的开口区20具有基本上相同的尺寸。在另一供其它应用的实施例中，百分比高一些或低一些的开口区20都可具有同样的尺寸。还有，对一个实施例而言，大部分开口区20的面积大小均在同一尺寸的2％以内。当然，其它应用场合的其它实施例，开口区20的尺寸可以有另外的变化，诸如在同一尺寸的10％以内。

例如，水平格线件30(a)与30(b)间的距离大于水平格线件30(c)与30(d)间的距离，因为垂直格线件26(g)与26(h)间的距离随格栅10自上而下变化，因此开口区20(a)与20(b)基本上是同尺寸。同样地，由十字形格线件36(a)与36(b)及垂直格线件26(b)与26(c)限定的开口区20(c)，基本上与由垂直格线件26(c)与26(d)及十字形格线件36(c)与36(d)限定的开口区20(d)为同尺寸。十字形格线件30～40经定位后，几乎使所有的开口区20都具有基本上相同的面积大小。这种情况包括了三角形开口区20(e)、20(f)和20(g)，它们由边框件14与16以及各自的垂直格线件与十字形格线件限定。靠近扩展部24的少数开口区不符合这一标准，因为该区域的集电作用较大。由于几乎所有的开口区20都具有基本上相同的大小，所以整个格栅10的功率产生很均匀，增强了电学优化。

此外，由于格栅10是冲压件，分离的十字形格线件32～40不必相互对准，而可以定向成垂直于各自的垂直件26(a)、26(b)、26(n)和26(o)。换言之，不是像’936专利中那样将十字形格线件垂直于边框件，而是将十字形件32与40以某一角度连接至各自的边框件14与16。十字件32垂直于垂直件26(a)，十字件34垂直于垂直件26(a)与26(b)，十字件36垂直于垂直件26(b)与26(c)，十字件38垂直于垂直件26(n)与26(o)，而十字件40垂直于垂直件26(o)。由于这些十字件可以连接成垂直于各自的垂直件，这些十字件就比’936专利中揭示的相应十字件更短，因而减轻了重量。而且，通过将十字形格线件30～40以约90度角度连接垂直件，使添加导电糊的工艺变得更加容易，因为减少了或消除了开口区20中的锐角。

上述讨论仅描述了本发明的示例性实施例。本领域的技术人员将从这些讨论以及附图与权项中认识到，在不违背下述权项所限定的本发明的精神与范围的情况下，可以作出各种不同的改变、修正与变化。

Claims (27)

1．一种蓄电池格栅，包括具有相对的上下框件的导电栅体、相对的第一与第二边框件以及用于限定格栅图案的多个互连格线件，所述格栅图案限定多个开口区，所述互连格线件包括多个连接至上框件的径向延伸有角度的格线件以及多个在第一与第二边框件之间延伸的间隔开的十字形格线件，其特征在于，十字格线件之间的距离有变化，因而有角度的格线件与十字线格线件以特定的定向交叉，从而由互连格线件限定的大多数开口区基本上为同尺寸。

2．如权利要求1所述的格栅，其特征在于，一些径向延伸有角度的格线件连接至上下框件，一些径向延伸有角度的格线件连接至上框件与第一边框件，而且至少一个有角度的格线件连接至上框件与第二边框件，所述有角度的格线件经定向后，如果将其延伸，它们就在栅体外面的公共虚相交叉点上相交。

3．如权利要求1所述的格栅，其特征在于，径向延伸有角度的格线件的宽度是变化的，所述宽度从连接至下框件的格线件底部向连接至上框件的格线件的顶部增大。

4．如权利要求1所述的格栅，其特征在于，大多数开口区的尺寸相互保持在2％以内。

5．如权利要求1所述的格栅，其特征在于，多个径向延伸有角度的格线件连接至上框件与第一或第二边框件之一，而且其中连接至有角度格线件(已连接至上框件和第一或第二边框件)的十字形格线件以约90度角连接至有角度的格线件。

6．如权利要求5所述的格栅，其特征在于，连接至有角度的格线件(已连接至上框件和第一或第二边框件)的十字形格线件以交错方式连接至有角度的格线件，使十字形框件不连续。

7．如权利要求1所述的格栅，其特征在于，大多数基本上同尺寸的开口区占开口区的90％。

8．如权利要求1所述的格栅，其特征在于，所述格栅是一种冲压式格栅。

9．一种蓄电池格栅，包括具有相对的上下框件的导电栅体、相对的第一与第二边框件以及多个形成格栅图案(限定多个开口区)的互连格线件，其特征在于，所述格栅件包括多个电气连接至上下框件的垂直格线件、多个电气连接至上框件和第一或第二边框件之一的有角度的格线件，以及多个将垂直格线件与有角度的格线件互连起来的十字形格线件，其中将已连接至每个有角度的格线件的多个十字形格线件以约90度角度连接至有角度的格线件。

10．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，将以90度角连接至有角度的格线件的十字形格线件配置成相互成交错关系而不连续。

11．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，将十字形格线件定位在格栅中，使得十字形格线件之间的距离有变化，在致有角度的格线件与十字形格线件以特定的定向交叉，从而通过互连格线件所限定的大多数开口区基本上为同尺寸。

12．如权利要求11所述的格栅，其特征在于，大多数开口区的尺寸相互相差在2％以内。

13．如权利要求11所述的格栅，其特征在于，大多数基本上同尺寸的开口区占开口区的90％。

14．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，对多个垂直格线件和多个有角度的格线件如此定向，从而如果将两者延伸，它们将在栅体外面的公共虚交叉点上相交。

15．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，把多个垂直格线件形成具有变化的宽度，所述宽度从连接至上框件的垂直格线件的底部向连接至上框件的垂直格线件的顶部增大。

16．如权利要求15所述的格栅，其特征在于，上框件的扩展导电部具有比上框件其余部分更大的宽度。

17．如权利要求16所述的格栅，其特征在于，当垂直格线件从上框件的扩展导电部移向第一与第二边框件时，具有递减的宽度，所述递减的宽度以电流增大所要求的电流容量为基础。

18．如权利要求16所述的格栅进一步包括一集电突出部，所述集电突出部在上框件上方延伸且定位于上框件的扩展导电部上面，从而优化从下框件延伸的垂直格线件流向上框件的电流。

19．如权利要求18所述的格栅，其特征在于，上框件的集电突出部与扩展导电部都偏离上框件的中心位置。

20．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，从下框件向上框件延伸的垂直格线件对突出部具有基本上一样的载流容量，以优化流入格栅的电流。

21．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，将流过最小电流的格线件间隔得比那些载流的格线件更开，并且仅以足够的结构支持导电料形成。

22．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，没有或只有最小电流流动的格线件以比那些有电流流过的格线件少的导电料形成。

23．如权利要求9所述的格栅，其特征在于，所述格栅是冲压式格栅。

24．一种蓄电池格栅，其特征在于包括具有相对上下框件的导电栅体、相对的第一与第二边框件以及多个形成格栅图案(限定多个开口区)的互连格线件，所述互连格线件包括多个连接至上框件径向延伸有角度的格线件及多个在第一与第二边框件之间延伸的十字线格线件，所述径向延伸有角度的格线件如此定向，从而如果延伸有角度的格线件，它们将与栅体外面的一个公共交叉平面相交，其中，第一批多个十字格线件在栅体中部延伸通过多个有角度的格线件，第二批多个十字格线件以交错结构定向，并在栅体靠近第一边框件的第一边与第一批多个十字络线件不连续，而第三批多个十字格线件以交错方式定向，且在栅体靠近第二边框件的第二边与第一批多个十字格线件不连续。

25．如权利要求24所述的格栅，其特征在于，十字格线件之间的距离是变化的，以致有角度的格线件与十字格线件以特定的定向相交，从而由互连格线件而限定的大多数开口区基本上为同尺寸。

26．如权利要求25所述的格栅，其特征在于，至少在90％的开口区相互之间的尺寸相差在2％以内。

27．如权利要求24所述的格栅，其特征在于，将多个径向延伸有角度的格线件连接至上框件和第一或第二边框件之一，其中，将连接至有角度的格线件(已连接至上框件和第一或第二边框件)的十字格线件以约90度的角度连接至有角度的格线件。