RU2250538C2

RU2250538C2 - Lead battery of cylindrical cells

Info

Publication number: RU2250538C2
Application number: RU2003105792/09A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Дзензерский (UA); Виктор Александрович Дзензерский; Юрий Иванович Скосарь (UA); Юрий Иванович Скосарь; Евгений Владимирович Аникеев (UA); Евгений Владимирович Аникеев; Сергей Владимирович Бурылов (UA); Сергей Владимирович Бурылов; В чеслав Юрьевич Скосарь (UA); Вячеслав Юрьевич Скосарь; к Александр Афанасьевич Бур (UA); Александр Афанасьевич Буряк
Original assignee: Виктор Александрович Дзензерский; Юрий Иванович Скосарь; Евгений Владимирович Аникеев; Сергей Владимирович Бурылов; Вячеслав Юрьевич Скосарь
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2005-04-20
Also published as: UA58170C2; UA58170A

Abstract

FIELD: electrical engineering; lead-acid storage batteries for operation under severe conditions.

SUBSTANCE: proposed storage battery has case with sockets to receive cylindrical cells with wound electrodes spaced apart by means of separating band with fixed electrolyte; cells are interconnected to form triple nonsplit blocks and placed horizontally; contact lugs of different polarities are brought out in each cell of block to opposite ends of electrode rolls and groups of lugs of adjacent cells are interconnected within block by means of contact disks produced by means of saddle-joint split steel casting mold disposed in areas where lugs are converging. Battery is provided with extremely compact switching system.

EFFECT: optimized current distribution on electrode area, enhanced use factor of active material, augmented gas recombination process in interelectrode space.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, к той ее части, которая касается производства химических источников тока, в частности стартерных аккумуляторных батарей для тяжелых режимов работы.The invention relates to electrical engineering, to that part of it that relates to the production of chemical current sources, in particular starter batteries for heavy duty.

Для стартерных аккумуляторных батарей (АБ) в числе ключевых эксплуатационных параметров особенный вес имеет коэффициент отношения мгновенного значения разрядного тока к номинальной емкости. И если в ряде промышленных типов он составляет 4-5, то по техническим требованиям к некоторым двигателям с большим крутящим моментом запуска его значение не может быть ниже 6. Увеличение этого коэффициента технологически осуществимо только благодаря увеличению суммарной поверхности электродов за счет уменьшения их толщины. Но эту операцию можно произвести только с заметной потерей механической прочности самих электродов. Указанное противоречие явилась серьезной проблемой для АБ с плоскими пластинчатыми электродами. Для компенсации прочностных характеристик применяют метод спиральной свертки, при котором длинную композитную заготовку из тонких электродов разной полярности, проложенных сепараторной лентой, сворачивают в рулон. Если свертку производить с достаточным натяжением, то полученный цилиндрический элемент получает необходимую механическую прочность и дополнительную вибро-ударопрочность. Такие АБ разработаны и производятся серийно. Они достаточно надежно защищены от газообразования.For starter batteries (AB), among the key operational parameters, the ratio of the instantaneous value of the discharge current to the rated capacity has a special weight. And if in a number of industrial types it is 4-5, then according to the technical requirements for some engines with a large starting torque, its value cannot be lower than 6. Increasing this coefficient is technologically feasible only by increasing the total surface of the electrodes by reducing their thickness. But this operation can only be performed with a noticeable loss of mechanical strength of the electrodes themselves. This contradiction was a serious problem for batteries with flat plate electrodes. To compensate for the strength characteristics, the method of spiral convolution is used, in which a long composite billet of thin electrodes of different polarity, laid by a separator tape, is rolled up. If the convolution is carried out with sufficient tension, then the resulting cylindrical element receives the necessary mechanical strength and additional vibration and shock resistance. Such batteries are designed and manufactured in series. They are quite reliably protected from gas formation.

Однако при некоторых конструкторских задачах, при разработке АБ, способных надежно функционировать в тяжелых режимах эксплуатации, при выходе на большие разрядные токи с сохранением большой номинальной емкости в условиях жестких габаритных ограничений требуются дополнительные технологические приемы для обеспечения устойчивости их функций. При экстремальных нагрузках в АБ могут возникать рецидивы, казалось, подавленных уже процессов газообразования. Габаритные лимиты вынуждают оптимизировать систему токосъема и межэлементной коммутации.However, for some design tasks, when developing a battery capable of functioning reliably in severe operating conditions, when reaching large discharge currents while maintaining a large nominal capacity under severe dimensional limitations, additional technological methods are required to ensure the stability of their functions. With extreme loads in the AB, relapses may appear, it seemed, already suppressed gas formation processes. Overall limits force to optimize the current collection system and inter-element switching.

Примеры модернизации АБ с плоскими электродами, а также АБ цилиндрического типа многочисленны, а проблематика широка. В отобранных работах решаются задачи, наиболее близкие к перечисленным выше проблемам. Их недостатки выявлены нами только в опоре на тот комплекс требований, который продекларирован выше.Examples of modernization of batteries with flat electrodes, as well as cylindrical batteries are numerous, and the problems are wide. The selected works solve problems that are closest to the problems listed above. Their shortcomings were identified by us only in relying on the complex of requirements that was declared above.

Известна свинцовая аккумуляторная батарея по патенту Украины №24887, МПК⁶ Н 01 М 2/10, опубл. 15.02.2002, бюл.№2. Запатентованная конструкция АБ состоит из свинцовых аккумуляторов с плоскими пластинчатыми электродами. Главным недостатком этой АБ является низкая энергоемкость и малый коэффициент отношения мгновенного значения разрядного тока к номинальной емкости (при стартерном токе 400 А и номинальной емкости 85 А·ч он равен 4,7). Для современных машин, имеющих двигатель с большим крутящим моментом запуска, такие характеристики уже недостаточны.Known lead-acid battery according to the patent of Ukraine No. 24887, IPC ⁶ N 01 M 2/10, publ. 02/15/2002, bull. No. 2. The patented AB design consists of lead-acid batteries with flat plate electrodes. The main disadvantage of this battery is its low energy consumption and low ratio of the instantaneous value of the discharge current to the rated capacity (at a starter current of 400 A and a rated capacity of 85 Ah, it is 4.7). For modern machines with an engine with high starting torque, such characteristics are already insufficient.

Известна свинцовая батарея рулонной конструкции по патенту США №5922490, МПК⁶ Н 01 М 2/00. Запатентованная конструкция АБ состоит из свинцовых аккумуляторов рулонного типа. Они размещены в корпусе, имеющем определенное количество вертикальных цилиндрических ячеек. В ячейки вставлены аккумуляторы, собранные из положительного и отрицательного электродов, разделенных сепаратором и свернутых по спирали с образованием цилиндра. В зависимости от технических требований аккумуляторные батареи могут иметь различные емкости. Для фиксации рулонов различного диаметра в одинаковых ячейках предусмотрены емкостные вставки, повышающие жесткость сборки.Known lead-free battery roll design according to US patent No. 5922490, IPC ⁶ N 01 M 2/00. The patented design of the battery consists of roll-type lead-acid batteries. They are placed in a housing having a certain number of vertical cylindrical cells. The cells are inserted into batteries, collected from the positive and negative electrodes, separated by a separator and coiled in a spiral to form a cylinder. Depending on the technical requirements, batteries may have different capacities. For fixing rolls of various diameters in the same cells, capacitive inserts are provided that increase the rigidity of the assembly.

Недостатками описанной АБ являются нерациональное использование объема ячеек корпуса, что выражается в уменьшении удельной энергоемкости, а также сложность системы токосъема и коммутации.The disadvantages of the described AB are the irrational use of the cell body volume, which is reflected in a decrease in the specific energy consumption, as well as the complexity of the current collection and switching system.

Известен также цилиндрический аккумулятор по патенту США №5637416, МПК⁶ Н 01 М 6/10. Он получается спиральной намоткой “сэндвича” из двух ленточных электродов противоположной полярности, разделенных сепаратором. Один из электродов имеет двухслойную структуру с различной пористостью и толщиной слоев. Активный материал заполняет поры слоя с более высокой пористостью. Аккумулятор работает в вертикальном положении.Also known cylindrical battery according to US patent No. 5637416, IPC ⁶ N 01 M 6/10. It is obtained by spiral winding a “sandwich” of two tape electrodes of opposite polarity separated by a separator. One of the electrodes has a two-layer structure with different porosity and layer thickness. Active material fills the pores of a layer with a higher porosity. The battery is upright.

К недостаткам описанной конструкции можно отнести излишнюю толщину одного из электродов, что ведет к уменьшению количества слоев в рулоне, вписанном в фиксированные габариты ячейки корпуса, что в результате не дает получить высокий коэффициент отношения мгновенного значения разрядного тока к номинальной емкости.The disadvantages of the described construction include the excessive thickness of one of the electrodes, which leads to a decrease in the number of layers in a roll inscribed in the fixed dimensions of the housing cell, which as a result does not allow to obtain a high ratio of the instantaneous value of the discharge current to the rated capacity.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является свинцовая батарея с цилиндрическими аккумуляторами, разработанная фирмой Optima Batteries Onc. (США) (Wound cells improve battery safeti, durability./ Murray C.J. // Des. News. - 1991. - 47, №21. - P.109-110). Электроды аккумуляторов представляют собой цилиндры, свернутые из прямоугольных композитных заготовок. Они установлены вертикально в цилиндрические ячейки корпуса батареи. Каждая заготовка состоит из положительной и отрицательной электродных пластин, между которыми проложена волокнистая сепараторная лента, пропитанная электролитом. Ушки обеих полярностей выведены на верхний торец цилиндра и соединены полюсными мостиками.The closest technical solution, selected as a prototype, is a lead battery with cylindrical batteries, developed by Optima Batteries Onc. (USA) (Wound cells improve battery safeti, durability./ Murray C.J. // Des. News. - 1991. - 47, No. 21. - P.109-110). Battery electrodes are cylinders rolled from rectangular composite blanks. They are mounted vertically in the cylindrical cells of the battery case. Each blank consists of a positive and negative electrode plates, between which a fibrous separator tape impregnated with electrolyte is laid. The ears of both polarities are brought to the upper end of the cylinder and connected by pole bridges.

К недостаткам прототипа можно отнести то, что газовые пузырьки перемещаются только различного рода флуктуационными силами, а архимедова сила направляет их только вдоль пластин, отчего с большой степенью вероятности они могут застревать в сепараторе, найдя препятствие, превышающее движущую силу. Поэтому возможна неполная рекомбинация газовой фракции в воду, что опасно для герметичной батареи. Кроме того, из-за несимметричного (одностороннего) вывода контактных ушков создаются условия для неравномерного распределения тока по площади пластин, что приводит к росту локального разряда в верхней части рулона. Такой режим токосъема дает потерю мощности и уменьшение срока службы АБ. И, наконец, система межэлементной коммутации, выполненная из проводящих перемычек и токовых мостиков, увеличивает габариты батареи, что может затруднять их монтажную подгонку в габариты обслуживаемых машин, а также приводит к уменьшению удельной (по объему) энергоемкости АБ.The disadvantages of the prototype include the fact that gas bubbles are moved only by various kinds of fluctuation forces, and the Archimedean force directs them only along the plates, which is why with a high degree of probability they can get stuck in the separator, finding an obstacle exceeding the driving force. Therefore, incomplete recombination of the gas fraction into water is possible, which is dangerous for a sealed battery. In addition, due to the asymmetric (one-sided) output of the contact ears, conditions are created for the uneven distribution of current over the area of the plates, which leads to an increase in the local discharge in the upper part of the roll. This current collection mode gives a loss of power and a decrease in battery life. And, finally, the inter-element switching system made of conductive jumpers and current bridges increases the dimensions of the battery, which can complicate their mounting fit into the dimensions of the machines being serviced, and also leads to a decrease in the specific (in volume) power consumption of the battery.

В основу изобретения поставлена задача оптимизации распределения тока по площади электродов и увеличения коэффициента использования активной массы, ускорения процесса рекомбинации газов, увеличения компактности системы коммутации, а также увеличения удельной энергоемкости и вибро-ударопрочности.The basis of the invention is the task of optimizing the current distribution over the area of the electrodes and increasing the utilization of the active mass, accelerating the process of recombination of gases, increasing the compactness of the switching system, as well as increasing the specific energy consumption and vibration resistance.

Поставленная задача решается тем, что в свинцовой батарее цилиндрических аккумуляторов, содержащей корпус с ячейками, в которых размещены аккумуляторы со спирально намотанными электродами, разделенными сепараторной лентой со связанным электролитом, и соединенные между собой системой коммутации, согласно изобретению, аккумуляторы соединены в тройные неразъемные блоки и уложены горизонтально, контактные ушки разных полярностей в каждом аккумуляторе блока выведены на противоположные торцы электродных рулонов, а группы ушков от соседних аккумуляторов в блоке соединены между собой контактными шайбами, сформированными металлургическим путем с помощью разъемной изложницы с гребенчатыми стыками, размещаемой в зонах схождения ушков.The problem is solved in that in a lead battery of cylindrical batteries containing a housing with cells in which the batteries are placed with spirally wound electrodes separated by a separator tape with a connected electrolyte and interconnected by a switching system, according to the invention, the batteries are connected in triple one-piece blocks and stacked horizontally, contact ears of different polarities in each battery of the unit are brought to opposite ends of the electrode rolls, and groups of ears from the adjacent their accumulators in the unit are interconnected by contact washers formed metallurgically by means of a detachable mold with comb joints placed in the zones of convergence of the ears.

Горизонтальное положение рулона создает благоприятные условия для рекомбинации газов (кислорода и водорода). Это обусловлено тем, что в данной компоновке архимедова сила, действующая на пузырек кислорода, в большинстве случаев направлена практически поперек сепараторного зазора и совпадает по направлению с концентрационным градиентом по кислороду, так как поверх положительного электрода всегда расположен соседний отрицательный электрод (за исключением небольших боковых участков рулона, где поверхности электродов вертикально направлены). Стекловолокнистый сепаратор со связанным электролитом имеет структуру, создающую сильную анизотропию сопротивления движению газовых пузырьков. Поперечное сопротивление во много раз меньше продольного. Естественное движение пузырьков газа в поле тяжести направляет их при горизонтальной ориентации рулона не вдоль пластин, а между ними. И хотя результирующие силы, направляющие пузырьки, имеют несколько различное направление в разных точках рулона, общим для них является то, что все они действуют по пути с пониженным сопротивлением ходу газа в порах сепаратора. Кроме того, малая толщина сепаратора содействует контакту кислорода с отрицательным электродом, поскольку пузырек может легко получить размер, превышающий толщину сепараторной ленты, не выскочив при этом за пределы рулона, так как архимедова сила направлена поперек сепаратора. Не прореагировавший кислород из нижних или боковых частей рулона может при вибрациях смещаться, но только в верхнюю часть рулона, где рекомбинирует, прижатый суммарной силой к отрицательному электроду. В любом случае выход пузырьков газа за пределы рулона невозможен. Перепад концентрации растворенного газа по зазору заставляет молекулы кислорода диффундировать в сторону отрицательного электрода.The horizontal position of the roll creates favorable conditions for the recombination of gases (oxygen and hydrogen). This is due to the fact that in this arrangement the Archimedean force acting on the oxygen bubble is in most cases directed almost across the separator gap and coincides in direction with the oxygen concentration gradient, since the adjacent negative electrode is always located on top of the positive electrode (with the exception of small side sections roll, where the surface of the electrodes are vertically directed). A fiberglass separator with bound electrolyte has a structure that creates a strong anisotropy of resistance to the movement of gas bubbles. Cross resistance is many times less than longitudinal. The natural movement of gas bubbles in the gravitational field directs them with the horizontal orientation of the roll, not along the plates, but between them. And although the resulting forces directing the bubbles have a slightly different direction at different points on the roll, the common thing for them is that they all act along a path with reduced resistance to gas flow in the pores of the separator. In addition, the small thickness of the separator facilitates the contact of oxygen with the negative electrode, since the bubble can easily get a size exceeding the thickness of the separator tape without rushing out of the roll, as the Archimedean force is directed across the separator. Unreacted oxygen from the lower or lateral parts of the roll can be shifted during vibration, but only to the upper part of the roll, where it recombines, pressed by the total force to the negative electrode. In any case, the exit of gas bubbles outside the roll is impossible. The difference in the concentration of dissolved gas over the gap causes the oxygen molecules to diffuse towards the negative electrode.

Таким образом, и молекулы кислорода и их пузырьковые скопления легко перемещаются в нужном направлении, увеличивая скорость и полноту рекомбинации, по той причине, что действующие на них силы удерживают их в пределах рулона, где они неминуемо рекомбинируют. В данном случае циклические силы вибраций, сопровождающие работу аккумуляторов в составе транспортных средств, способствуют продвижению газовых пузырьков в направлении одного из электродов, а не к выходу из рулона, что тоже ускоряет рекомбинацию. Улучшение условий рекомбинации газовых фракций дает возможность увеличить гарантии безопасной эксплуатации батарей, особенно в герметичных модификациях.Thus, both oxygen molecules and their bubble clusters easily move in the desired direction, increasing the speed and completeness of recombination, because the forces acting on them hold them within the roll, where they inevitably recombine. In this case, the cyclic forces of vibration accompanying the operation of the batteries in the vehicles contribute to the advancement of gas bubbles in the direction of one of the electrodes, and not to exit the roll, which also accelerates the recombination. Improving the conditions for the recombination of gas fractions makes it possible to increase guarantees for the safe operation of batteries, especially in sealed versions.

Горизонтальное размещение аккумуляторов дает еще одно полезное преимущество по сравнению с вертикально скомпонованной АБ - происходит силовая разгрузка ушков. Они теперь не держат рулон, который бандажирован боковой поверхностью корпуса и опирается всем весом на дно аккумуляторного отсека. Снятие механических нагрузок с ушков увеличивает их вибро-ударопрочность. Увеличивается также вибропрочность электродов, поскольку осыпанию активного слоя препятствует не только напряжение сжатия, возникшее при намотке рулона, а также изменение ориентации электродов относительно силы тяжести, которая действует теперь не вдоль, а поперек активного слоя.The horizontal placement of the batteries gives another useful advantage compared to a vertically arranged battery - there is a power unloading of the ears. Now they do not hold a roll that is bandaged by the side surface of the housing and rests with all the weight on the bottom of the battery compartment. Removing mechanical loads from the ears increases their vibration and impact resistance. The vibration strength of the electrodes also increases, since not only the compression stress that occurred during the winding of the coil prevents the shedding of the active layer, but also the change in the orientation of the electrodes relative to gravity, which now acts not along, but across the active layer.

Немаловажным достоинством горизонтального размещения аккумуляторов с раздельным выводом полюсных контактов является торцевая локализация последних. В батареях большой мощности, предназначенных для тяжелых режимов работы, контакты выводят на торцевые плоскости под болтовое крепление.An important advantage of the horizontal placement of batteries with separate output pole contacts is the end localization of the latter. In high power batteries, designed for heavy duty operation, the contacts are led out onto the end planes for bolting.

Разнесение контактных выводов на противоположные торцы рулонов приводит к выравниванию продольного сопротивления электродов и, как следствие, к равномерному распределению тока и к повышению коэффициента использования активной массы (на 10-15% по сравнению с аналогами). В том случае, если контакты обеих полярностей выходят на один торец рулона, отбор тока идет гораздо интенсивней с верхушечной части, а локальные токовые перегрузки одних и тех же участков, особенно при стартерных режимах, вызывают быструю деградацию электродов, то есть старение АБ. В то время как усреднение интенсивности реакций потенциалообразования по площади электродов способствует увеличению количества рабочих циклов АБ. Таким образом, организация токоотбора с противоположных торцов дает значительный полезный эффект.The spacing of the contact leads to the opposite ends of the rolls leads to equalization of the longitudinal resistance of the electrodes and, as a consequence, to a uniform distribution of current and to an increase in the utilization of the active mass (by 10-15% compared to analogues). In the event that the contacts of both polarities go to one end of the coil, the current is drawn much more intensively from the apical part, and local current overloads of the same sections, especially under starter conditions, cause rapid electrode degradation, i.e., AB aging. At the same time, averaging the intensity of potential formation reactions over the area of electrodes contributes to an increase in the number of AB working cycles. Thus, the organization of current collection from opposite ends gives a significant beneficial effect.

Один свинцово-кислотный аккумулятор способен создать максимальную ЭДС, равную 1,92-2,15 В, то есть в среднем 2,0 В. Наиболее распространенное напряжение обслуживаемых машин равно 6, 12 или 24 В. При последовательном соединении в батарею 2-вольтовых аккумуляторов с различной кратностью составляются необходимые источники питания. Но при техническом требовании минимизации габаритов АБ, а это особенно актуально для аккумуляторов рулонного типа, в которых увеличения разрядного тока добиваются за счет заметного уменьшения номинальной емкости, соединение такого числа аккумуляторов требует достаточно громоздкой системы коммутации, содержащей токовые мостики, перемычки и т.п. Кроме того, рулонный способ изготовления грешит нерациональным использованием рабочего объема корпуса. Вписывание системы цилиндрических аккумуляторов в прямоугольный корпус ведет к уменьшению суммарной активной массы, вмещенной в эти габариты. А ведь от количества последней напрямую зависит электрическая емкость АБ. Для увеличения компактности в изобретении предлагается монтировать 6-вольтовые тройные неразъемные блоки, состоящие из трех 2-вольтовых аккумуляторов. И уже из таких тройных блоков комплектовать батареи требуемого номинального напряжения. Поэтому блок минимального номинала в заявляемой АБ состоит из трех 2-вольтовых аккумуляторов.One lead-acid battery can create a maximum EMF equal to 1.92-2.15 V, that is, an average of 2.0 V. The most common voltage of serviced machines is 6, 12 or 24 V. When connected in series to a 2-volt battery batteries with different multiples are necessary power supplies. But with the technical requirement of minimizing the size of the battery, and this is especially true for coil-type batteries, in which the discharge current is achieved by significantly reducing the nominal capacity, connecting such a number of batteries requires a rather cumbersome switching system containing current bridges, jumpers, etc. In addition, the roll-up manufacturing method sins by the irrational use of the working volume of the housing. Inserting a system of cylindrical batteries in a rectangular case leads to a decrease in the total active mass contained in these dimensions. But the electric capacity of the battery directly depends on the amount of the latter. To increase compactness, the invention proposes to mount 6-volt triple one-piece blocks consisting of three 2-volt batteries. And already from such triple blocks to complete the batteries with the required rated voltage. Therefore, the minimum nominal block in the claimed battery consists of three 2-volt batteries.

Как уже отмечалось, в каждом аккумуляторе патентуемой АБ ушки противоположных полярностей выведены на разные торцы. Поэтому последовательная стыковка рулонов для получения 6-вольтовых тройных блоков производится методом металлургического соединения всех ушков путем формирования переходника (шайбы), служащего общим электрическим контактом для обеих групп ушков. Шайбы, сформированные в зазорах между торцами соседних аккумуляторов в блоке, служат одновременно и механической опорой, соединяющей три аккумулятора в один тройной неразъемный блок. Подобный тип стыковки обладает максимальной в данной компоновке компактностью. При ограниченности объема, отпущенного для АБ в обслуживаемых машинах, компактность служебных элементов устройства дает возможность увеличить количество активного материала путем некоторого увеличения размеров электродов, что повышает удельную энергоемкость АБ.As already noted, in each battery of the patented AB, ears of opposite polarities are brought to different ends. Therefore, the sequential docking of the rolls to obtain 6-volt triple blocks is carried out by the method of metallurgical connection of all the ears by forming an adapter (washer), which serves as a common electrical contact for both groups of ears. Washers formed in the gaps between the ends of adjacent batteries in the unit serve simultaneously as a mechanical support connecting three batteries into one triple one-piece unit. This type of docking has maximum compactness in this layout. Given the limited volume allocated to the battery in serviced machines, the compactness of the service elements of the device makes it possible to increase the amount of active material by slightly increasing the size of the electrodes, which increases the specific energy consumption of the battery.

По имеющимся у авторов сведениям предложенные существенные отличия, которые характеризуют суть изобретения, не известны в данном разделе техники.According to the information available to the authors, the proposed significant differences that characterize the essence of the invention are not known in this section of the technology.

Предложенное техническое решение может быть использовано на предприятиях по производству аккумуляторных батарей, в частности - свинцово-кислотных типов. Особое значение это может иметь в случае производства аккумуляторов с большим разрядным током для тяжелых режимов работы (для запуска двигателей и питания электрооборудования специальных машин, относящихся к группам 1.10-1.11 категории А ГОСТ В 20.39.304).The proposed technical solution can be used at enterprises for the production of rechargeable batteries, in particular, lead-acid types. This can be of particular importance in the case of the production of batteries with high discharge current for heavy duty operation (for starting engines and powering electrical equipment of special machines belonging to groups 1.10-1.11 of category A GOST B 20.39.304).

На чертеже приведена принципиальная схема тройного неразъемного блока цилиндрических аккумуляторов.The drawing shows a schematic diagram of a triple one-piece block of cylindrical batteries.

Аккумуляторы 1, полученные рулонной сверткой “сэндвича” из двух лент, содержат спиральный электрод 2 положительной полярности и аналогичный электрод 3 отрицательной полярности, который по всей длине проложен с двух сторон ленточным матричным сепаратором 4. При свертке отрицательный электрод укладывается поверх положительного, что требуется для создания наилучших условий для рекомбинации газов. Положительные электродные ушки 5 выведены на торец I, а отрицательные ушки 6 - на торец II каждого аккумулятора. Раскройка токоотводов произведена с переменным шагом ушков. Шаг подобран так, что при свертке в рулон ушки образуют прямой ряд вдоль диаметра рулона, причем ряды ушков противоположных полярностей в плане перпендикулярны друг другу. Три таких цилиндрических аккумулятора объединены в один тройной неразъемный блок посредством контактных шайб 7. Такие же шайбы образуют торцевые однополярные выводы, в которые врезаны контактные штуцера 8. Все три аккумулятора запрессованы в общий трубчатый корпус 9 из полимерного материала.The batteries 1 obtained by the roll convolution of a “sandwich” of two tapes contain a spiral electrode 2 of positive polarity and a similar electrode 3 of negative polarity, which is laid along the entire length on both sides by a tape matrix separator 4. During convolution, the negative electrode is laid on top of the positive one, which is required for creating the best conditions for the recombination of gases. The positive electrode ears 5 are brought to the end I, and the negative ears 6 to the end II of each battery. Cutting down conductors made with a variable pitch ears. The step is selected so that when folding into a roll, the ears form a straight row along the diameter of the roll, and the rows of ears of opposite polarities are perpendicular to each other in plan. Three such cylindrical accumulators are combined into one triple one-piece block by means of contact washers 7. The same washers form end unipolar leads, into which contact nipples are embedded 8. All three accumulators are pressed into a common tubular body 9 made of polymer material.

Стыковку аккумуляторов осуществляют следующим образом. Три аккумулятора 1 фиксируют в оснастке (не показана) вертикально с возможностью независимого вертикального смещения и позиционируют, ориентируя встречно сдвигаемые ряды ушков 5 и 6 крестообразно, а также соблюдая сочетание полярностей, так как аккумуляторы соединяют в последовательную цепь с целью суммирования их ЭДС. Образовавшиеся между аккумуляторами зазоры уменьшают до тех пор, пока их размер не станет меньше удвоенной высоты ушков. При таком сдвиге встречные ряды образуют заход, величина которого некритична, но на практике достигает трети от высоты ушков. Образовавшаяся зона захода используется для формирования контактной шайбы 7. Шайбы в зазорах между позиционированными аккумуляторами 1 формируются металлургическим способом. Для этого в зону захода устанавливают разъемную изложницу 10 с гребенчатым стыком 11. Глубина изложницы с небольшим превышением равна толщине зоны захода. Она состоит из двух половин и имеет на стыке гребенчатые пропилы, размер и частота следования которых соответствует габаритам ряда ушков, который она и зажимает при установке. Люфт между ушками и щелями изложницы не превышает 0,1 мм, и жидкий свинец не протекает, удерживаемый силами поверхностного натяжения. Половины насаживают на ряд ушков одной полярности так, что ряд другой полярности упирается в ее дно. Затем в изложницу заливают свинец (или его сплав). Жидкий металл, заполняя изложницу до установленного уровня, заливает те концевые части электродов с обеих сторон, которые заступают в зону захода. Застывая, он соединяет все ушки, которые уже профлюсованы на стадии изготовления токоотводов, как в механическом, так и в электрическом отношении, создавая стыковое крепление - контактную шайбу 7. Причем происходит не механическое соединение за счет сил адгезии, а металлургическое, за счет сплавления. Ту же операцию производят со вторым стыком и с крайними группами ушков (однополярные зоны). После этого изложницы снимают, а полученный тройной неразъемный блок подвергают электрохимической обработке (пропитке электролитом и формированию) и помещают в тубус из полипропилена. После обжатия с целью герметизации и врезки контактных штуцеров 8 аккумулятор готов к использованию. Из описанных тройных блоков можно собирать батареи любого вольтажа, кратного 6 В.The docking of the batteries is as follows. Three batteries 1 are fixed vertically in a snap-in (not shown) with the possibility of independent vertical displacement and positioned, orienting the opposite-shifted rows of ears 5 and 6 crosswise, and also observing a combination of polarities, since the batteries are connected in a series circuit in order to summarize their EMF. The gaps between the batteries are reduced until their size is less than twice the height of the ears. With such a shift, the oncoming rows form a run, the magnitude of which is uncritical, but in practice reaches one third of the height of the ears. The formed approach zone is used to form the contact washer 7. The washers in the gaps between the positioned batteries 1 are formed metallurgically. For this, a detachable mold 10 with a comb joint 11 is installed in the approach zone. The depth of the mold with a slight excess is equal to the thickness of the approach zone. It consists of two halves and has comb cuts at the junction, the size and repetition rate of which corresponds to the dimensions of the row of ears, which it clamps during installation. The play between the ears and the slots of the mold does not exceed 0.1 mm, and liquid lead does not leak, held by surface tension forces. Halves are mounted on a row of ears of one polarity so that a row of another polarity abuts against its bottom. Then lead (or its alloy) is poured into the mold. Liquid metal, filling the mold to a specified level, fills those end parts of the electrodes on both sides that extend into the approach zone. Stiffening, it connects all the ears that are already profusely at the stage of manufacturing down conductors, both mechanically and electrically, creating a butt fastening - a contact washer 7. Moreover, there is not a mechanical connection due to adhesion forces, but metallurgical due to fusion. The same operation is performed with the second joint and with the extreme groups of ears (unipolar zones). After this, the molds are removed, and the obtained triple one-piece block is subjected to electrochemical treatment (electrolyte impregnation and formation) and placed in a tube made of polypropylene. After crimping in order to seal and insert the contact nipples 8, the battery is ready for use. From the described triple blocks, you can collect batteries of any voltage multiple of 6 V.

Патентуемый тройной неразъемный блок конструктивно существенно компактней, чем аналогичная батарея, со стандартной коммутацией. Поскольку с наибольшим эффектом описанные аккумуляторы работают в горизонтальном положении, то АБ из них собирают, располагая их в отведенном объеме в горизонтальной укладке, соединяя между собой полюсными мостиками соответствующие контактные штуцера. В данной укладке межэлементных соединений значительно меньше, чем в прототипе. А их геометрическая структура сообщает дополнительные удобства при монтажных и ремонтных работах.The patented triple one-piece unit is structurally significantly more compact than a similar battery with standard switching. Since the described batteries operate most horizontally, the batteries are assembled from them by placing them in a designated volume in a horizontal stack, connecting the corresponding contact nipples with the pole bridges. In this installation of interelement compounds is much less than in the prototype. And their geometric structure provides additional convenience during installation and repair work.

Описанные изменения в конструкции аккумуляторов рулонного типа, а также в укладке их в батарею дают возможность увеличить коэффициент отношения разрядного тока к номинальной емкости до 6 и более за счет оптимизации распределения тока по площади электродов, повысить безопасность работы герметичной АБ за счет ускорения процесса рекомбинации газов в межэлектродном пространстве, а также повысить удельную энергоемкость АБ путем увеличения коэффициента использования активной массы электродов и увеличения компактности системы коммутации.The described changes in the design of coil-type accumulators, as well as in their packing in the battery, make it possible to increase the ratio of the discharge current to the rated capacity to 6 or more by optimizing the current distribution over the area of the electrodes, and to improve the safety of a sealed battery by accelerating the process of gas recombination in interelectrode space, as well as increase the specific energy consumption of ABs by increasing the utilization of the active mass of the electrodes and increasing the compactness of the switching system.

Claims

A lead battery of cylindrical batteries, comprising a housing with cells containing batteries with spirally wound electrodes separated by a separator tape with a coupled electrolyte and interconnected by a switching system, characterized in that the batteries are stacked horizontally along one straight line and connected in series with three batteries in one-piece blocks, ears of electrodes of opposite polarities in each accumulator of one-piece block are brought to opposite ends cylindrically batteries and Ushkov group of neighboring unit batteries in one piece, interconnected contact washers metallurgical formed by using a split mold with comb joints, placed in areas of convergence Ushkov.