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阀控式铅酸蓄电池

阅读：1059发布：2020-07-29

IPRDB可以提供阀控式铅酸蓄电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种阀控式铅酸蓄电池，属于蓄电池领域。包括电池槽，电池槽内设置正极板、负极板、隔板和电解液，在电池槽两端的电池端盖上设置安全阀，其特征在于：隔板、正极板和负极板水平放置在电池槽内，在电池的两端设置正极板连接正极端子，负极板连接负极端子。通过在电池槽内布置水平放置的正极板、负极板和隔板，正负极之间设置隔板含有总体积95％左右电解液，并且在负极板设置导电镀铅合金铜条，在正负极板两端设置正负极端子，使得铅酸蓄电池大大的降低了电池内阻和电解液沉降带来的分层现象影响，提高了蓄电池的容量和使用寿命。，下面是阀控式铅酸蓄电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.阀控式铅酸蓄电池，包括电池槽，电池槽内设置正极板、负极板、隔板和电解液，在电池槽两端的电池端盖上设置安全阀，其特征在于：隔板、正极板和负极板水平放置在电池槽内，在电池的两端设置正极板连接正极端子，负极板连接负极端子。

2.根据权利要求1所述的阀控式铅酸蓄电池，其特征在于：所述的负极板包括铜条和板栅，板栅的中心线上设置铜条，铜条两端与板栅两端焊接固定，形成并联结构，板栅一端设置板耳。

3.根据权利要求1所述的阀控式铅酸蓄电池，其特征在于：所述的正极板两端分别设置正极端子，所述的负极板两端分别设置负极端子。

说明书全文

技术领域

本实用新型提供一种阀控式铅酸蓄电池，属于蓄电池领域。

背景技术

现有的铅酸蓄电池存在三大不足：
一、现行电池的安装使用是按正负极板和隔板的高度或宽度垂直方向，这种安装使用电池存在的主要缺点：其一电解液容易产生分层现象，所谓电解液分层，是指电池的上瑞电解液密度(g/cm3)低，电池下端密度高。在此应首先了解一下什么是电解液？电解液是由35％-42％的化学纯硫酸，密度在1.80g/cm3左右和65％和58％的去离子水、密度在1.0g/cm3左右。按一定的工艺程序配制而成稀硫酸即电池用之电解液，它的作用是参于电池的充电放电的电化学反应。电池没有电解液就无从谈论充电放电。
电解液的分层现象是指电池的上端电解液密度(g/cm3)低，下端密度高，从电池的上端到下端在不同的高度都有一定程度的电解液分层现象；从上端到下端分层现象程度最大。电解液的分层现象随着极板的高度的增加而增加，随着电池使用和放置的时间的延长而增长。所以几十年的设计生产和使用证明，在设计阀控式电池用正负极板的高度不可以超过300mm，否则会因为电解液分层现象而严重的影响着电池容量和寿命。而且也限制了更大容量电池的开发。电解液分层现象形成的原因是隔板(是由Φ1μm与Φ5μm的玻璃纤维棉构成)的孔率高，在压力100kpa时孔率在90％左右，孔径比极板的孔径大的多，正负极板的孔率在充电状态在50％到60％，在放电状态还要低，孔径也小，加之正负极板中的导电网络的板栅(铅合金)是没有孔率，占极板表面积的20％-30％，隔板的作用是隔离正负极板防止两者之间短路和储存着正负极板所需求的电解液。在正负极板与隔板的高度或宽度垂直方向安装使用时，由于电解中的硫酸密度(g/cm3)比去离子水的密度(g/cm3)大近1倍，由于重力的作用，硫酸沿着隔板的高度方向，由上向下沉降，而形成了电解液分层现象，它随着极板和隔板的高度的增加而增加，随着电池的放置时间的延长而增加，电解液分层现象的危害是增加了电池的自放电，不管使用与否它都在产生着自放电，即电池消耗电能(wh)，因电池的端电压，就是电解液的密度(g/cm3)+0.85的系数，从公式中可以看出电解液的密度的高低决定着电池端电压的高低。电解液分层现象，就是电池的上端电解液密度低，电池的下端电解液密度高，而且在电池的不同高度都有不同程度分层现象，也有不同程度的电压差，有电压差就有电流流动，有电流流动就有电能损失。这种电能的损失随着电压差的增大，电流也就越大，时间越长，损失也就越大(电能的损失＝电压差(V降)×电流×时间)。
二、现行2V-300Ah以上的循环使用的动力电池，不论是VRLA电池还是开口式，电池的正负极引线端子都在电池上端，也就是电池充电放电时电流都是从电池上端流入和流出，它的主要缺点有，其一，电流在电池内部上中下的部位分布不均匀，特别短时间率充电和放电更加明显，电池上端的电流比下端的电流大1倍到3倍，试验证明在放电时不管是长时间率(8h以上)还是短时间率(5小时以下)一股充电和放电都在进行到一半时间时，电流才基本趋向平均一致，这样会造成充电时电池的上端充电比下端快或过充电现象，下端则充电慢或充电不足，而且上端的电流密度(mA/cm2)比下端大3倍左右。(从开始到充放电一半的时间内)同理放电时上端放电比下端快，又容易形成上端过放电，因为电池充电与放电，互为因果关系。充电不足放电时，很难达到应有的容量，过放电后又造成充电困难，很难达到完全充电状态。如果不能严格按生产厂家的电池使用维护保养说明书去作。很容易造成恶性循环，严重影响到电池的容量与寿命。其二、电池的内电阻大，引发了电池充电和放电时电压降大(以下用V降)电能损失(电能损失＝电压V降×电流I×时间)，根据欧姆定律，V降＝R×I(式中R-是电池的内电阻，组成电池内电阻，正负极板栅占60％左右，其他如正负极活物质，电解液、隔板约占40％左右，I-是电池充放电时流过的电流，两者的乘积＝V降。电能Wh的损失＝V降×I×h，式中h是时间，也就是说电能的损失决定于V降越大，I越大，h越长，电能的损失也越大。由此可看出关键是V降，没有V降就没有电能损失。V降的大小，可看出电池内电阻的大小，三者又互为因果关系，所以电池的内电阻大小关系到电池的各项性能优劣，特别是关系到电池的容量多少和寿命的长短。其三，根据欧定律电池一端有端子时，电池电阻大的原因有三①与电池的正负极板栅的长度成正比例关系，随着正负极板栅的长度延长而增加，反之则减少。②与正负极板栅的导电截面积大小成反比例关系。即导电截面积越大，内电阻则越小。由此可以看出正负极板栅的截面积的设计，应根据电流的分布设计导电铅芯的截面积，电流密度(mA/cm2)大的部位，导电截面积应增加，反之则小。③与负板栅导电网络的材料的电阻系数有关，如铜的电阻系数0.0175Ω，铅是0.2Ω，铅的电阻系数比铜大11.4倍，或者说铜的导电能力比铅大11.4倍。
三、现行的电池不管是VRLA电池还是开口式电池，负极板栅材料，绝大部分是铅合金浇铸成型，它的主要缺点是电阻(R)大，引发的电压降(V降)大，电能(Wh)损失大，降低了电的容量，而且还造成了电池充电平均电压高，放电的平均电压低，影响着电池容量与寿命，要增加负极板栅铅芯的导电截面积达到降低电阻时，在有限的电池槽体积内又影响到活物质与电解液的数量。铜板栅电阻低，导电性好，电池充电时平均电压低，放电时平均电高，电池的性好。但存在着两个缺点，其一制造成本高，主要是铜电镀铅时，效率很低不易机械化生产，而且产生含酸碱废水处理成本高；其二，不可以过放电，因为铜电镀铅或电镀铅锡合金的电池在充电时，处在还原将状。铜不被腐蚀，放电过程铜处在氧化状态，特别是经常过放电时，铜被腐蚀后的铜离子，在电解中与正负极中的活物产生自放电，这种自放电与电解液中铜离子含量多少成正比例关系。
实用新型内容
根据以上现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种容量大、寿命长，能够降低电池内阻和电解液分层影响的阀控式铅酸蓄电池。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：阀控式铅酸蓄电池，包括电池槽，电池槽内设置正极板、负极板、隔板和电解液，在电池槽两端的电池端盖上设置安全阀，其特征在于：隔板、正极板和负极板水平放置在电池槽内，在电池的两端设置正极板连接正极端子，负极板连接负极端子。
铅酸蓄电池在安装使用时，是按正负极和隔板在电池槽内水平方向安装使用。
其中优选方案是：
所述的负极板的高度不大于150mm时可采用包括铜条和板栅，板栅的中心线上设置铜条，铜条两端与板栅两端焊接固定，形成并联结构，板栅一端设置板耳和端子。在蓄电池的导电体负极板栅中设有镀铅或镀有铅锡合金的铜条以增加导电性能，降低蓄电池的内电阻以提高电池的容量与寿命。
所述的正极板两端分别设置正极端子，所述的负极板两端分别设置负极端子。电池的正负极板在充电或放电时的引出联接线的端子可以有两种情况：第一种结构是设在电池的两端，一端是正极引出端子，另一端是负极引出端子；第二种结构是两端都有正负极端子，以便于连接降低电池内电阻一半和增加可靠性。
所述的正极板和负极板在电池槽内根据国家标准和电池容量的要求，确定电池槽，电池端盖上安全阀，正极板、负极板、隔板和电解液等尺寸和组合数量。
本实用新型阀控式铅酸蓄电池所具有的有益效果是：通过在电池槽内布置水平放置的正极板、负极板和隔板，正负极之间注入电解液，并且在负极板设置导电铜条，在正负极板设置正负极端子，使得铅酸蓄电池大大的降低了电池内电阻和电解液沉降带来分层现象的影响，同时，利用铜条和增加接线端降低蓄电池的内电阻，提高了蓄电池的容量和使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例1的负极板的结构示意图；
图3为本实用新型的实施例2的结构示意图；
其中：1、气室 2、负极端子 3、安全阀 4、正极板 5、电解液 6、负极板7、安全阀 8、正极端子 9、电池槽 10、板耳 11、铜条 12、板栅。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：
实施例1：
如图1-2所示，电池槽9的电池端盖上设置安全阀3、7，电池槽9内设置正极板4、负极板6、隔板和电解液5，隔板、正极板4和负极板6水平放置在电池槽内，正极板4和负极板6在电池槽9内根据国家标准和电池容量的要求，确定电池槽，电池端盖上安全阀，正极板、负极板、隔板和电解液等尺寸和组合数量。正极板4设置连接正极端子8，负极板6设置连接负极端子2。电池槽9两端形成气室1。
负极板6包括铜条11和板栅12，板栅12的中心线上设置铜条11，铜条11两端与板栅12两端焊接固定，形成并联结构，板栅12一端设置板耳10。
每个正极板4设置一个正极端子8，每个负极板6设置一个负极端子2，正极端子8和负极端子2分别设置在电池槽9两端。
本实用新型中正负极板和隔板以及电解液5在电池槽9内的安装和设置均为普通现有技术，安全阀3、7的使用和设置也为本行业技术人员所掌握。
工作原理和使用过程：
正负极板和隔板，按水平方向设计，可将电解液5分层现象降低到最低限度或基本消除。由于正负极板、隔板都水平方向放置，将电解液5的垂直高度由60mm到不大于300mm，降低到了1mm到3mm，即隔板的厚度。又因正负极板的孔率正极50％左右，负极60％左右(隔板孔率90％左右)。孔径也比隔板的孔径小的多，极板中还有导电网络的铅合金板栅，它没有孔率，占极板表面积的20％-30％左右，对阻止硫酸由上而下的沉降起到了阻挡作用。电解液的分层现象的产生与隔板的垂直高度成正比例关系，与隔板中的孔率成正比例关系。不论电池是垂直方向还是水平方向，隔板的厚度都在1mm到3mm，所以电池水平方向时，电解液的沉降高度最大是在1mm到3mm，也就是隔板的厚度，而蓄电池垂直方向时电解液的沉隔高度在60mm最大可以超过300mm。因此，把电解液的分层现象降到最低限度，或者说基本消除了这一危害蓄电池性能的电解液分层现象。
用铅合金浇铸成型负极板栅12，在负极板栅12的中心位置垂直方向，插入热镀铅锡合金铜条11，用焊锡，将两端焊接与板栅12形成并联，构成了铅，铜结合的复合式铅铜板栅，插入热镀铅锡合金的铜条的长度与负极板栅长度相同，导电截面积可用计算电阻公式计算得出如公式R＝ρ*L/S，式中R-导体的电阻单位Ω，ρ-导体的电阻系数(在20℃时截面积1mm2，长度一米的电阻)铜的ρ是0.0175Ω，铅的ρ是0.2Ω，S-导体的截面积单位毫米平方，从公式中可以看出铅的ρ比铜的ρ大了11.428倍(0.2Ω÷0.0175Ω＝11.428)，也就是说在负极板栅中插入1mm2的热镀铅锡合金的铜条就等于增加了11.428mm2的铅合金的导电截面积，或者说在负极板栅中插入铜条对降低负极板栅的电阻，电池的V降，电能损失都可有较大的改善，如果：按负极板栅长度计算时，铅芯的导电截面积是11.428mm2，再插入1mm2的热镀铅锡合金铜条等于两者并联，可使负极板栅电阻降低1倍，也相当于电池从两端引出端子的作用，当然还存在着负极板栅导电体网络的电流分布的合理性。
蓄电池在水平方向安装使用时，电池槽9一端是正极端子，另一端是负极端子，这时电池充电放电时电流从一端进另一端出。这样可以消除原有蓄电池垂直安装时，一端有引出正负极端子时，充电放电的电流都向同一方向，一端汇集，造成的电流不均匀和内电阻大的问题，根据电流定律“在一个串联直流循环电路中，每一个点上的电流相等”电池水平方向从两端引出端子就是一个直流串联的循环电路。
实施例2：
如图3所示，每个正极板4的两端都设置正极端子8，每个负极板6的两端都设置负极端子2。
蓄电池水平方向，电池槽9的两端都有引出正负极端子，这种结构电池的内电阻可以减少一半。如，电池极板长度500mm时，蓄电池两端都有正负极端子引出时，等于极板的长度减少了一半(等于250mm)结果是电压V降和电能损失都可以减少一半，这是完全复合欧姆定律原理的，这样可以提高电池的容量与寿命，还可以设计出更大容量电池。

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