способ изготовления аккумулятора с жидким электролитом

Формула изобретения

1. Способ изготовления свинцово-кислотного аккумулятора с перемешивающим устройством, включающий в себя следующие этапы:

- вставку перемешивающих пластин (5а') в корпус (1) аккумулятора по одной с каждой из двух противоположных друг другу сторон корпуса, причем перемешивающие пластины слегка наклонены;

- вставку пакета (2) электродных пластин между двумя вставленными в корпус (1) перемешивающими пластинами (5а'), которые затем подвигают в вертикальное положение, причем геометрические размеры корпуса (1), пакета (2) электродных пластин и перемешивающих пластин (5а') рассчитаны с возможностью расположения пакета электродных пластин при его вставке в конструктивно заданном положении в корпусе и достижения при этом заданных сечений проточных каналов;

- соединение двух вертикально выверенных перемешивающих пластин (5а') под прямым углом с перемычковой пластиной (5b'), которая приблизительно посередине имеет отверстие для протекания электролита, а к середине - слегка наклоненную вниз сливную поверхность для электролита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемычковую пластину (5b') насаживают или зажимают на двух вертикально выверенных перемешивающих пластинах (5а').

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при вставке пакета (2) электродных пластин корпус аккумулятора ставят на роликовый транспортер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу изготовления аккумулятора с жидким электролитом, используемого преимущественно в подвижных устройствах, например автомобилях, катерах или самолетах.

Стремление автомобильной промышленности к легкой конструкции автомобилей касается также уменьшения массы аккумулятора. В то же время, однако, возрастает требование к более высокой мощности аккумулятора, поскольку помимо традиционной энергии для пуска автомобиля требуется также энергия для дополнительных агрегатов, таких как электростеклоподъемники, серводвигатели для регулировки сидений или для электрообогрева последних. Кроме того, желательно поддерживать мощность аккумулятора в течение срока его службы на максимально постоянном высоком уровне.

Из уровня техники известны различные меры по повышению мощности традиционного свинцово-кислотного аккумулятора. Под мощностью ниже следует понимать способность аккумулятора отдавать и потреблять ток.

Особой проблемой в свинцово-кислотных аккумуляторах является как можно более полное использование площади электродов. Если на одном участке поверхности электродов концентрация кислоты слишком высокая, то это ведет к коррозии и, в конце концов, к разрушению электродных пластин. Если же концентрация кислоты слишком низкая, то отсутствуют необходимые для надежной работы аккумулятора электролитические свойства. Из-за различных, известных из уровня техники эффектов плотность кислоты внутри аккумулятора неравномерная. Для устранения этого недостатка были разработаны устройства для перемешивания электролита. В то же время они препятствуют образованию отложений, которые также ухудшают работу аккумулятора и уменьшают срок его службы.

В DE U1 9114909 раскрыта аккумуляторная батарея, в которой за счет подачи газа из источника сжатого газа возникает циркуляция электролита. Из-за сложной конструкции циркуляционного устройства этот способ циркуляции лишь ограниченно подходит для автомобильных аккумуляторов, а кроме того, дополнительно требуется еще источник сжатого газа. Из уровня техники известны также устройства для перемешивания электролита, называемые гидростатическими насосами, функция которых описана ниже. Когда автомобиль движется с постоянной скоростью, т.е. ни затормаживается, ни ускоряется, поверхность жидкого электролита в используемом в автомобиле аккумуляторе ровная и горизонтальная. В процессе торможения или ускорения электролит вследствие инерции массы плещется то в одну, то в другую сторону. Возникающие при этом течения электролита отклоняются барьерами и каналами так, что достигается максимально хорошее перемешивание.

Этот принцип описан, в том числе, в документах US 4963444, US 5096787, US 5032476 и DE 29718004.5, причем последний является ближайшим уровнем техники. Объектом ближайшего уровня техники является расположенное между электродами в корпусе аккумулятора уголковое перемешивающее устройства, как это показано на фиг.1.

При прежнем изготовлении традиционного аккумулятора без перемешивающего устройства или с ним сначала в пустой корпус помещается пакет 2 электродных пластин. Если должен быть установлен аккумулятор с перемешивающим устройством, то пакет электродных пластин должен быть позиционирован точно посередине корпуса, чтобы щель между вертикальной кромкой пакета электродных пластин и стенкой корпуса имела с обеих сторон одинаковую ширину. Это, однако, трудно осуществить, поскольку тяжелый пакет электродных пластин помещается вручную, т.к. использование роботов и аналогичной техники манипулирования было бы слишком дорогостоящим делом.

Электродные пластины обернуты полимерной пленкой, называемой ниже электродными карманами. Электродные карманы механически очень восприимчивы. Последующее вдвигание уголковых перемешивающих пластин слева и справа в соответствующую щель должно осуществляться очень тщательно во избежание повреждений электродных карманов. Поврежденные электродные карманы приводят к преждевременному выходу из строя данной ячейки аккумулятора и, тем самым, к снижению его мощности.

В изображенном на фиг.2 случае пакет электродных пластин позиционирован в корпусе аккумулятора слишком далеко слева, так что щель между вертикальной кромкой пакета электродных пластин и стенкой корпуса с левой стороны , чем с правой стороны.

Традиционный способ изготовления имеет еще один недостаток, схематично показанный на фиг.3. Если пакет электродных пластин не находится в конструктивно предусмотренном положении, как показано на фиг.3а, то образованный между стенкой корпуса аккумулятора и вертикальной полкой перемешивающей пластины проточный канал с левой стороны , чем проточный канал с правой стороны. Однако эти проточные каналы оптимизированы по своей ширине, так что изменение ширины снижает эффективность перемешивания. В изображенном на фиг.3b случае проточные каналы имеют с обеих сторон одинаковую ширину, так что происходит хорошее перемешивание, как это обозначено стрелками.

Особый недостаток этой технологии состоит в том, что повреждения электродных карманов при окончательном контроле аккумулятора установить невозможно. Поэтому повреждений электродных карманов следует обязательно избегать. В то же время расходы на этот этап монтажа не должны возрастать. Таким образом, следует искать простое и, тем не менее, надежное решение. Следовательно, задача изобретения заключается в устранении отмеченного в уровне техники недостатка. В частности, должно быть предотвращено повреждение электродных карманов.

Эта задача решается посредством способа изготовления аккумуляторов с жидким электролитом и перемешивающим устройством по п.1 формулы.

Способ включает в себя следующие этапы:

- вставку перемешивающих пластин от руки на двух предусмотренных, противоположных друг другу стенках корпуса аккумулятора, причем перемешивающие пластины слегка наклонены, т.е. используемый в уровне техники перемешивающий уголок в этом способе разделен на вертикальный и горизонтальный участки. Вертикальный участок называется ниже перемешивающей пластиной. Перемешивающие пластины слегка наклонены в корпусе аккумулятора, т.е. они имеют наклон 10-20° в зависимости от конструктивной формы аккумулятора;

- вставку пакета электродных пластин между позиционированными в корпусе аккумулятора перемешивающими пластинами, которые при этом подвигаются в вертикальное положение, т.е. когда пакет электродных пластин вставляется от руки в корпус аккумулятора, перемешивающие пластины подвигаются в предусмотренное вертикальное положение. Поскольку перемешивающие пластины легкие и гладкие, во время этой операции не возникает опасности повреждения электродных карманов. Кроме того, за счет служащих в качестве центрирующего приспособления перемешивающих пластин пакет электродных пластин при вставке от руки подвигается в нужное положение;

- надевание перемычковой пластины горизонтально на обе вертикально стоящие перемешивающие пластины.

За счет этих технологических этапов при изготовлении аккумулятора достигаются описанные ниже преимущества.

Поскольку сначала в корпус аккумулятора вставляются вертикальные перемешивающие пластины разделенного перемешивающего устройства, а затем между перемешивающими пластинами вставляется пакет электродных пластин, в значительной степени предотвращается повреждение восприимчивых боковых кромок электродных пластин. При этом речь идет о процессе самоцентрирования. Этому самоцентрированию может еще способствовать расположение корпуса аккумулятора на роликовом транспортере.

В предложенном способе электродные пластины за счет уже вставленных с обеих сторон перемешивающих пластин располагаются в корпусе аккумулятора точно в заданном положении. Это имеет то дополнительное преимущество, что электрические выводы каждой электродной пластины находятся в точно заданном пространственном положении. Затем посредством сварочного робота выводы свариваются между собой, в результате отдельные ячейки аккумулятора включены последовательно. До сих пор выводы приходилось выполнять относительно широкими, с тем чтобы даже тогда, когда электродные пластины не были оптимально позиционированы по отношению друг к другу, их можно было сваривать между собой. Поскольку согласно изобретению электродные пластины выверяются точно по отношению друг к другу, благодаря чему больше не требуется компенсировать большие допуски, возможны уменьшение выводов и, тем не менее, их точная сварка между собой. За счет меньших выводов на каждый аккумулятор можно съэкономить около 200 грамм или более свинца.

После вставки перемешивающих пластин и пакета электродных пластин перемычковая пластина кладется на вертикально выверенные перемешивающие пластины и соединяется с ними под прямым углом, в результате возникает компактный перемешивающий блок. Эта перемычковая пластина при надевании на вертикально расположенные перемешивающие пластины также способствует повторному выравниванию деформаций корпуса аккумулятора, возникших при литье, и, в целом, приданию жесткости корпусу аккумулятора. Другое преимущество по сравнению с уровнем техники состоит также в том, что служащая в качестве поверхности стекания электролита верхняя сторона перемычковой пластины имеет с обеих торцевых сторон заданный наклон к середине, который при монтаже перемычковой пластины и при надевании крышки на корпус аккумулятора больше не изменяется и в значительной степени не зависит от производственных допусков корпуса аккумулятора, так что достигается оптимальное перемешивающее действие. Предложенный способ изготовления более подробно поясняется с помощью чертежей, на которых изображено:

- фиг.1: вид сбоку свинцово-кислотного аккумулятора с перемешивающим уголком из уровня техники;

- фиг.2а-2с: этап способа из уровня техники;

- фиг.3а, 3b: функциональное сравнение между уровнем техники и изобретением;

- фиг.4a-4d: предложенные этапы монтажа;

- фиг.5а, 5b: перемычковая пластина в перспективе.

Изобретение поясняется с помощью фиг.4 и 5, причем в них включены фиг.1-3, показывающие уровень техники.

На фиг.1 изображен корпус 1 аккумулятора со свинцовой электродной пластиной 2 и кислотой 3, уровень которой в механическом спокойном состоянии обозначен поз.4. Поз.5а и 5b обозначены вертикальная и горизонтальная полки уголкового перемешивающего устройства. Если аккумулятор установлен, например, в автомобиле, движущемся в обозначенном стрелкой А направлении, то при торможении кислота между вертикальной полкой 5а и стенкой корпуса 1 вытесняется вверх и переливается через горизонтальную полку 5b. Этот регулярно происходящий процесс приводит к желаемому перемешиванию кислоты. Перемешивающее устройство изображено на фиг.1 только с одной стороны корпуса 1 аккумулятора.

На фиг.2 изображены основные этапы способа изготовления такого традиционного аккумулятора. В пустой корпус 1 сначала вставляется пакет 2 свинцовых электродных пластин. При этом происходит так, что он находится не совсем посередине (фиг.2b). На следующем этапе с обеих сторон вставляются перемешивающие уголки 5а, 5b. При этом может произойти так, что пластиковые оболочки свинцовых электродных пластин 2 будут повреждены с левой стороны, поскольку пакет 2, как показано на фиг.2с, находится слишком близко к стенке корпуса 1. Повреждение пластиковой оболочки электродной пластины приводит к преждевременному выходу из строя этой ячейки и, тем самым, всего аккумулятора.

На фиг.3 показан еще один недостаток традиционного способа изготовления. Если пакет электродных пластин не находится в конструктивно предусмотренном положении, как показано на фиг.3а, то два образованных стенками корпуса и вертикальными полками перемешивающих уголков проточные каналы имеют разную ширину. Однако эти проточные каналы оптимизированы в отношении своей ширины, так что изменение ширины уменьшает эффективность перемешивания. На фиг.3b проточные каналы имеют с обеих сторон одинаковую ширину, благодаря чему происходит обозначенное стрелками хорошее перемешивание.

На фиг.4 изображен описанный способ. Используется перемешивающее устройство нового типа, состоящее из трех частей - двух перемешивающих пластин 5а' и одной перемычковой пластины 5b'. Сначала в корпус 1 аккумулятора слегка с наклоном вставляются перемешивающие пластины 5а' (фиг.4b) и лишь затем вставляется пакет 2 электродных пластин (фиг.4с). Благодаря этой мере достигается то, что пакет 2 располагается в корпусе 1 точно посередине. На последней операции (фиг.4d) на вертикально ориентированные перемешивающие пластины кладется перемычковая пластина, которая соединяется с ними под прямым углом.

На фиг.5а и 5b состоящее из перемешивающих пластин 5а' и перемычковой пластины 5b' перемешивающее устройство изображено в перспективе, причем на фиг.5а оно изображено в разобранном состоянии, а на фиг.5b - в собранном. Следует подчеркнуть, что предложенный способ подходит также для изготовления аккумуляторов с жидким электролитом, содержащих перемешивающее устройство отличающейся от изображенной на чертежах формы и используемых, например, в грузовых автомобилях.