RU2224333C1

RU2224333C1 - Storage cell jar and method for assembling storage battery

Info

Publication number: RU2224333C1
Application number: RU2002118174/09A
Authority: RU
Inventors: Н.Б. Соколов
Original assignee: Соколов Николай Борисович
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; storage battery manufacture and assembly. SUBSTANCE: cell jar is made in the form of single polymeric part having pair of vertical jointing guide ribs or slots on one pair of opposing side walls and, respectively, other pair of vertical jointing guide ribs or slots on other side wall, their shape mating that of first pair; they are disposed so that inserting them one into other forms split joint between jars, size of ribs and slots being chosen so that air gap of minimum 4 mm is formed between jars of separate cells when assembled in battery; supporting legs are installed on jar bottom. EFFECT: unlimited number of cells assembled in battery, improved insulation, eliminated current leaks, provision for temperature control of components. 8 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве и сборке аккумуляторных батарей. The invention relates to the electrical industry and can be used in the manufacture and assembly of batteries.

Известны множество различных типов аккумуляторов, имеющих корпуса, характеризующиеся множеством конфигураций, в частности известно применение для аккумуляторов пластмассовых корпусов, обеспечивающих возможность изготовления прямоугольных корпусов с рациональным использованием пространства. Many different types of accumulators are known having enclosures characterized by a multitude of configurations, in particular, plastic enclosures are known for accumulators, which make it possible to produce rectangular cases with rational use of space.

Для сочленения аккумуляторов в батарею или блоки батарей традиционно используются специальные штатные контейнеры, моноблоки и чехлы. To connect the batteries into the battery or battery packs, special standard containers, monoblocks and covers are traditionally used.

Известны свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, выпускаемые ЗАО "Северо-западная аккумуляторная компания", представляющие собой электрически соединенные между собой аккумуляторы, размещенные в едином залитом пластмассовом корпусе (проспект СЗАК "Оживи свою машину", Вологда, ул. Саммера, 70). There are known lead-acid batteries manufactured by North-West Battery Company CJSC, which are electrically interconnected batteries placed in a single flooded plastic case (SZAK Revive Your Machine, Vologda, Summer St., 70).

Известны никель-кадмиевая батарея, выпускаемая Уральским электрохимическим комбинатом (проспект УЭХК, Новоуральск, Свердловской обл., ул. Дзержинского, 2), где батарея собрана в прямоугольном металлическом контейнере или щелочная никель-кадмиевая батарея ОАО "Завод автономных источников тока" (проспект компании, Саратов, ул. Орджоникидзе, 11), где аккумуляторы собраны в батарею посредством металлических хомутов, стягивающих блоки сверху и снизу. Known nickel-cadmium battery manufactured by the Ural Electrochemical Plant (prospectus UECC, Novouralsk, Sverdlovsk region, Dzerzhinsky St., 2), where the battery is assembled in a rectangular metal container or alkaline nickel-cadmium battery OJSC "Plant of Autonomous Current Sources" (company prospectus , Saratov, 11 Ordzhonikidze St.), where the batteries are assembled into the battery by means of metal clamps, tightening the blocks above and below.

Различными модификациями подобных соединений пользуются при изготовлении аккумуляторных батарей и зарубежные компании Nife, Saab (Швеция), Ferak (Чехия-Франция), SAFT (Франция), Krusek (Югославия) и др. Foreign companies Nife, Saab (Sweden), Ferak (Czech Republic-France), SAFT (France), Krusek (Yugoslavia) and others use various modifications of such compounds in the manufacture of batteries.

Аккумуляторная батарея, представляющая собой контейнер, в котором размещены отдельные аккумуляторы, описана в а.с. SU 1279466, Н 01 М 2/10, 1985. The storage battery, which is a container in which separate batteries are located, is described in a.s. SU 1279466, H 01 M 2/10, 1985.

Известна сборка батареи в виде набора аккумуляторов, вертикально укрепленных с помощью специального соединительного блока, одновременно выполняющего роль опоры и электрического соединения, и обеспечивающего быструю замену отдельных аккумуляторов (международная заявка PCT/US 00/28185, WО 01/28009, Н 01 М 2/10). A known assembly of the battery in the form of a set of batteries vertically mounted using a special connecting unit, simultaneously serving as a support and electrical connection, and providing quick replacement of individual batteries (international application PCT / US 00/28185, WO 01/28009, H 01 M 2 / 10).

Известна сборка аккумуляторных батарей по международной заявке PCT/US 98/11004 (WO 98/56054, Н 01 М 2/10), где отдельные аккумуляторы устанавливаются в вертикальном модуле на выдвижных поддонах, установленных на направляющих, ряд за рядом, аналогичное решение предложено в международной заявке PCT/US 99/27135 (WО 00/30190, H 01 M 2/10). Assembly of batteries is known according to the international application PCT / US 98/11004 (WO 98/56054, H 01 M 2/10), where individual batteries are installed in a vertical module on drawers mounted on rails, row by row, a similar solution is proposed in international application PCT / US 99/27135 (WO 00/30190, H 01 M 2/10).

Кроме того, известна ячеистая пластиковая рама для аккумуляторной батареи, в которую с зазором устанавливаются отдельные аккумуляторы (патент US 3956012, H 01 M 35/08, 1976) и использование теплопроводящей прокладки между элементами батареи (PCT/JP 99/06671, WО 00/33398, H 01 M 2/10). In addition, a cellular plastic frame for a battery is known in which separate batteries are inserted with a gap (US Pat. No. 3,956,012, H 01 M 35/08, 1976) and the use of a heat-conducting gasket between the battery cells (PCT / JP 99/06671, WO 00 / 33398, H 01 M 2/10).

Каждая из известных конструкций обладает своими недостатками. Так моноблоки из нескольких аккумуляторов сложны в изготовлении, неремонтопригодны (при выходе из строя одного из аккумуляторов приходится заменять целый блок) и нашли применение только в небольших по емкости и напряжению аккумуляторных батареях. Специальные контейнеры сложны по конструкции, дорогостоящи и трудоемки при изготовлении и использовании (например, для одной тепловозной батареи требуется до 1230 деталей). Each of the known designs has its drawbacks. So monoblocks from several batteries are difficult to manufacture, not repairable (if one of the batteries fails, you have to replace the whole block) and are used only in small batteries and in capacity. Special containers are complex in design, expensive and time-consuming to manufacture and use (for example, up to 1230 parts are required for one diesel battery).

Кроме того, используемые для их изготовления металлические конструкции создают интенсивные утечки электрического тока на корпус агрегата, в котором используется батарея (тепловоза, машины и т.д.), что приводит к образованию хаотических электрических цепей, и неравномерной зарядке или разрядке отдельных аккумуляторов батареи, когда часть аккумуляторов сильно перезаряжается и греется, а другая не дозаряжается. Работая в таком режиме, батарея быстро выходит из строя. Кроме того, контейнеры имеют большую массу и габариты. In addition, the metal structures used for their manufacture create intense leakage of electric current to the body of the unit in which the battery is used (diesel locomotive, cars, etc.), which leads to the formation of chaotic electrical circuits, and uneven charging or discharging of individual battery batteries, when some of the batteries are very recharged and heated, while the other is not recharged. Working in this mode, the battery quickly fails. In addition, the containers have a large mass and dimensions.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание такой конструкции корпуса аккумулятора, которая при сборке отдельных аккумуляторов позволила бы отказаться от дополнительных конструкций, скрепляющих отдельные аккумуляторы, и получить батарею более простой конструкции с меньшей массой и габаритами, при неограниченном числе соединяемых аккумуляторов, и обеспечивающей надежную изоляцию аккумуляторов, предотвращающую утечки тока из-за образования хаотических электрических цепей, что, в свою очередь, приводит к увеличению срока службы и надежности батареи. The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is the creation of such a design of the battery case, which, when assembling individual batteries, would make it possible to abandon the additional structures fastening the individual batteries and to obtain a battery of a simpler design with less weight and dimensions, with an unlimited number of connected batteries , and providing reliable insulation of the batteries, preventing current leakage due to the formation of chaotic electrical circuits, which, in its in turn, leads to an increase in battery life and reliability.

Наиболее близким, по мнению заявителя, по совокупности существенных признаков и назначению является контейнер для батареи щелочных аккумуляторов, используемой на транспортных средствах (патент РФ 2129322, Н 01 М 2/10, 1999). Корпус контейнера выполнен в виде единой детали из полимерной композиции и включает днище и боковые, в том числе и торцевые, стенки. The closest, according to the applicant, the combination of essential features and purpose is a container for an alkaline battery used in vehicles (RF patent 2129322, N 01 M 2/10, 1999). The container body is made in the form of a single part from a polymer composition and includes a bottom and side walls, including end walls.

Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемой конструкции на боковых стенках корпуса выполнены как единое целое с корпусом соединительные элементы в виде вертикальных ребер-направляющих на одной из стенок, и дополняющих их по форме ребер или пазов, на противоположной стенке корпуса. Взаимное расположение ребер на боковых стенках должно быть таково, что вставленные друг в друга при сборке двух соседних корпусов образовывалось разъемное боковое соединение корпусов, образующих ряд в батарее, которое удерживало бы аккумуляторы от взаимного перемещения в любую сторону в горизонтальной плоскости. Взаимное расположение ребер на торцевых стенках должно обеспечивать возможность, при необходимости, соединять ряды аккумуляторов, собранных в батареи, в блоки батарей. The stated technical problem is solved by the fact that in the proposed design on the side walls of the housing are made integrally with the housing connecting elements in the form of vertical rib guides on one of the walls, and complementing them in the form of ribs or grooves, on the opposite wall of the housing. The mutual arrangement of the ribs on the side walls should be such that inserted into each other during the assembly of two adjacent housings, a detachable lateral connection of the housings forming a row in the battery is formed, which would prevent the batteries from moving from each other in a horizontal plane. The mutual arrangement of the ribs on the end walls should provide the ability, if necessary, to connect the rows of accumulators collected in batteries in battery blocks.

Размеры соединительных элементов (выступ ребра или глубина паза) подобраны таким образом, чтобы соединение имело скользящую посадку и при этом обеспечивался достаточный зазор для отвода тепла и электроизоляции между боковыми стенками соседних корпусов в батарее или между рядами батарей в блоке. На днище корпуса предусмотрены ножки-опоры, конструкция которых, с одной стороны, обеспечивает зазор, улучшающий диэлектрические свойства корпуса, и циркуляцию воздуха под днищами аккумуляторов, а с другой создает поверхности, наиболее удобные для установки фиксирующих элементов, препятствующих перемещению корпусов аккумуляторов по вертикали. The dimensions of the connecting elements (rib protrusion or groove depth) are selected so that the connection has a sliding fit and at the same time provides sufficient clearance for heat removal and electrical insulation between the side walls of adjacent housings in the battery or between rows of batteries in the block. On the bottom of the case, support legs are provided, the design of which, on the one hand, provides a gap that improves the dielectric properties of the case and air circulation under the bottoms of the batteries, and on the other hand creates surfaces that are most convenient for installing fixing elements that prevent the battery cases from moving vertically.

Боковые соединительные элементы могут быть выполнены в виде ребер, выступов или пазов различной конфигурации: квадратной, округлой и других более сложных форм. Но одной из предпочтительных конфигураций выполнения с точки зрения надежности соединения является выполнение ребер в форме параллелограммов, обеспечивающих соединение в виде "ласточкиного хвоста". Lateral connecting elements can be made in the form of ribs, protrusions or grooves of various configurations: square, round, and other more complex shapes. But one of the preferred configurations of execution from the point of view of reliability of the connection is the implementation of the ribs in the form of parallelograms, providing a connection in the form of a "dovetail".

Допускаются различные варианты вертикального расположения соединительных элементов, их количество, расположение и протяженность на плоскостях боковых и торцевых стенок. Однако предпочтительным является вариант размещения четырех коротких ребер-направляющих в форме параллелограммов с наклоном к центру в углах одной из боковых или боковых и торцевых стенок корпуса (нижние направляющие находятся над ножками-опорами), и соответствующее расположение повторяющих их по форме ребер с зеркальным расположением и наклоном от центра на противоположных стенках. Минимальная длина ребер определяется, исходя из условия надежности соединения, и зависит, в частности, от размеров и веса отдельного аккумулятора. Various variants of the vertical arrangement of the connecting elements are allowed, their number, location and length on the planes of the side and end walls. However, it is preferable to place four short parallel guide ribs in the form of parallelograms with a slope towards the center at the corners of one of the side or side and end walls of the body (the lower guides are located above the support legs), and the corresponding arrangement of the ribs repeating them in the shape of mirrors and tilted from the center on opposite walls. The minimum length of the ribs is determined on the basis of the conditions of reliability of the connection, and depends, in particular, on the size and weight of a single battery.

Этот вариант обеспечивает надежное соединение при облегченной конструкции. Скользящая посадка и выбранные размеры боковых соединительных элементов обеспечивает зазор между отдельными аккумуляторами в батарее и рядами батарей в блоке, обеспечивая циркуляцию воздуха и охлаждение каждого из отдельных аккумуляторов, а также легкость замены каждого из них в батарее или блоке, тем самым, делая батарею ремонтопригодной и надежной в работе. This option provides a reliable connection with a lightweight design. The sliding fit and the selected sizes of the side connecting elements provide a gap between the individual batteries in the battery and the rows of batteries in the unit, ensuring air circulation and cooling of each of the individual batteries, as well as the ease of replacing each of them in the battery or unit, thereby making the battery maintainable and reliable in work.

Вертикальная фиксация корпусов может осуществляться с помощью различных фиксирующих элементов, например скоб, вставленных в технологические отверстия на корпусе или даже крышке аккумулятора. Но наиболее удобным и технологичным местом расположения вертикальных фиксирующих элементов являются ножки-опоры корпуса. В частности, в центре каждой ножки-опоры может быть выполнено отверстие, а в качестве фиксирующих элементов могут быть использованы болты, шплинты и т.д., попарно связывающие ножки двух соединенных аккумуляторов. Фиксация также может быть осуществлена, например, с помощью скоб, надетых на дополнительные выступы, предусмотренные на ножках. Однако предпочтительным вариантом является использование в качестве фиксирующего элемента, по крайней мере, одного стержня, проходящего через ряд отверстий в ножках соединенных корпусов. The vertical fixation of the housings can be carried out using various locking elements, for example, brackets inserted into the technological holes on the housing or even the battery cover. But the most convenient and technological location of the vertical locking elements are the legs-supports of the housing. In particular, a hole can be made in the center of each support leg, and bolts, cotter pins, etc., pairwise connecting the legs of two connected batteries, can be used as fixing elements. Fixation can also be carried out, for example, using brackets, worn on additional protrusions provided on the legs. However, the preferred option is to use as a locking element, at least one rod passing through a series of holes in the legs of the connected housings.

Соединение объемов с помощью соединительных элементов типа "ласточкин хвост" для создания единого жесткого узла известно из уровня техники (см., например, патент РФ 2155682, 1998, В 06 Р 3/24 или заявку РФ 96122491 по международной заявке PCT/ES 96/00028, B 65 D 21/028). Однако ни в одном из известных решений не объединялись задачи не только соединения объемов между собой, но и создания при этом условий, при которых улучшаются электроизоляционные свойства и условия теплообмена, которые в свою очередь изменяют потребительские характеристики устройства в целом. Не предъявлялись требования к обеспечению определенного зазора между соединяемыми объемами, а также требования к обеспечению скользящей посадки, обеспечивающей легкость разъема объемов между собой. The connection of volumes using dovetail connectors to create a single rigid unit is known from the prior art (see, for example, RF patent 2155682, 1998, B 06 P 3/24 or RF application 96122491 according to PCT / ES 96 / 00028, B 65 D 21/028). However, not one of the known solutions combined the tasks of not only connecting the volumes together, but also creating conditions under which the electrical insulation properties and heat transfer conditions are improved, which in turn change the consumer characteristics of the device as a whole. There were no requirements to ensure a certain gap between the volumes to be connected, as well as requirements to ensure a sliding fit, which makes it easy to connect volumes to each other.

Для пояснения технической сущности заявляемого изобретения прилагаются следующие графические материалы. To clarify the technical nature of the claimed invention, the following graphic materials are attached.

На фиг. 1 изображены три проекции корпуса аккумулятора, соединительные элементы которого выполнены в виде "ласточкиного хвоста". In FIG. 1 shows three projections of a battery case, the connecting elements of which are made in the form of a dovetail.

На фиг.2 изображена предпочтительная схема собранной аккумуляторной батареи. Figure 2 shows a preferred circuit of the assembled battery.

На фиг.3 и 4 показаны варианты установки фиксирующих элементов. Figure 3 and 4 shows the installation options of the locking elements.

На фиг.5 показан блок батарей. 5 shows a battery pack.

Корпус аккумулятора 1, выполненный преимущественно из полимерной композиции в виде параллелепипеда имеет боковые стенки 2 и 3 и торцевые стенки 4 и 5 и днище 6. В углах боковой стенки 2 расположены две пары ребер 7, образующие паз 8, а на боковой стенке 3 ребра 9, дополняющие по форме ребра 7. Аналогичные ребра 10 и 11 могут быть выполнены на торцевых стенках 4 и 5. На днище корпуса 6 выполнены ножки-опоры 12, в середине которых могут быть расположены отверстия 13 или выступы 14, предназначенные для взаимной фиксации корпусов в вертикальном направлении с помощью фиксирующих элементов 15, например стержня 16. Размеры соединительных элементов подобраны таким образом, чтобы обеспечивать при их соединении зазор 17, не менее 4 мм. The battery case 1, made mainly of a parallelepipedic polymer composition, has side walls 2 and 3 and end walls 4 and 5 and a bottom 6. Two pairs of ribs 7 are located in the corners of the side wall 2, forming a groove 8, and ribs 9 on the side wall 3 complementing the shape of the ribs 7. Similar ribs 10 and 11 can be made on the end walls 4 and 5. On the bottom of the housing 6 made legs-supports 12, in the middle of which can be located holes 13 or protrusions 14, designed for mutual fixation of the buildings in vertical direction from to oschyu fixing elements 15, for example of the rod 16. The dimensions of the connecting elements are selected so as to provide them with the compound of the gap 17, of not less than 4 mm.

Весь массив корпуса отливается как единое целое, например, из полипропилена. The entire body array is cast as a single unit, for example, from polypropylene.

Сборка батареи осуществляется следующим образом. The battery assembly is as follows.

Два корпуса соединяются своими боковыми сторонами, введением соответствующих ребер 9 стенки 3 в паз 8, образованный ребрами 7 стенки 2. Размеры элементов подобраны таким образом, чтобы обеспечить скользящую посадку (без натяга) выступов-направляющих с зазором. Число соединяемых корпусов не ограничено и производится аналогичным образом. После бокового соединения производится фиксация отдельных корпусов в вертикальном направлении с помощью фиксирующих элементов 15. Корпуса могут быть соединены попарно с помощью болтов, шпилек и т. д. (см фиг.3 и 4), но в предпочтительном варианте все корпуса могут быть зафиксированы с помощью пары стержней 16, насквозь продетых через отверстия 13 в ножках 12, собранных в батарею корпусов. При соединении аккумуляторов в блок батарей сборка происходит аналогичным способом с использованием соединительных ребер 10 и 11 на торцевых стенках 4 и 5 (фиг.5). The two cases are connected by their lateral sides, by introducing the corresponding ribs 9 of the wall 3 into the groove 8 formed by the ribs 7 of the wall 2. The dimensions of the elements are selected in such a way as to provide a sliding fit (without interference) of the protruding guides with a gap. The number of connected cases is not limited and is made in a similar way. After the lateral connection, the individual housings are fixed in the vertical direction by means of the fixing elements 15. The housings can be connected in pairs with bolts, studs, etc. (see Figs. 3 and 4), but in the preferred embodiment, all the housings can be fixed with using a pair of rods 16 threaded through holes 13 in legs 12 assembled into a battery of housings. When connecting the batteries to the battery pack, the assembly takes place in a similar way using the connecting ribs 10 and 11 on the end walls 4 and 5 (figure 5).

Применение предлагаемого корпуса аккумулятора и способа сборки аккумуляторной батареи позволит отказаться от использования каких-либо металлических конструкций в виде стягивающих хомутов или контейнеров, при формировании аккумуляторной батареи, а при необходимости легко собрать и блок батарей. Значительно улучшит электроизоляционные качества аккумуляторной батареи и позволит обеспечить терморегуляцию аккумуляторов, при сокращении общей массы и габаритов батареи или блока. The application of the proposed battery case and the method of assembling the battery will allow you to abandon the use of any metal structures in the form of tightening clamps or containers during the formation of the battery, and if necessary it is easy to assemble the battery pack. Significantly improve the insulating qualities of the battery and will allow for thermal regulation of the batteries, while reducing the total weight and dimensions of the battery or unit.

Claims

1. The battery housing for assembling the battery, made in the form of a single part of the polymer composition in the form of a rectangular parallelepiped, limited by the side walls and the bottom, characterized in that at least one of a pair of opposite side walls of the housing is made at least a pair of vertical connecting rib guides or grooves, and on the other side wall, respectively, another pair of vertical connecting rib guides or grooves, complementary in shape They are located in such a way that they are inserted into each other and, when assembling the battery cases, allow detachable connection of the cases, while the dimensions of the ribs or grooves are selected in such a way that they provide a gap between the individual battery cases in the battery and on the bottom of the case legs are installed.

2. The battery housing according to claim 1, characterized in that the connecting vertical ribs-guides or grooves are made on only one pair of side walls of the housing.

3. The battery case according to claim 1, characterized in that the pair of vertical rib guides are dovetail-shaped and are located in the corners of one of the side walls, and the other pair of vertical rib guides or grooves supplementing them in shape in mirror image is located on the opposite side the side wall of another housing so that their connection provides lateral fixation of the buildings.

4. The battery case according to claim 1, characterized in that through-holes are made in the legs-supports to ensure vertical fixation.

5. The battery case according to claim 1, characterized in that for vertical fixation on the legs-supports made of protrusions.

6. A method of assembling a battery, including mutual vertical and horizontal fixation of the housings of individual batteries electrically connected by interconnection, characterized in that the horizontal fixation of the housings of individual batteries is carried out using at least two vertical rib guides or grooves and repeating them along the form of vertical guide ribs or grooves located respectively on the side wall of the adjacent housing, made in such a way that inserted dr g other, they allow a detachable connection housings and provide clearance between the side wall of the housing, and the vertical fixing is carried out through the leg-support disposed at the bottom of the hull.

7. The method of assembling the battery according to claim 6, characterized in that the vertical fixation of the bodies is carried out by a fixing element in the form of a rod passing through holes in the legs-supports of the bodies.

8. The method of assembly of the battery according to claim 6, characterized in that the gap between the side walls of the individual batteries is at least 4 mm.