匯流連接結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鉛酸蓄電池的匯流連接結構，其所有匯流連接點和匯流體中，至少有一個或一部分處在所述鉛酸蓄電池的電極所在的密封空間外。本實用新型還公開了鉛酸蓄電池組的匯流連接結構，其所有匯流連接點、匯流體、電池間連接點和電池間連接體中，至少有一個或一部分處在所述鉛酸蓄電池組的電極所在的密封空間外。本實用新型通過改進鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電池組的匯流連接結構，顯著提高了鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電池組的大電流放電能力、匯流體及連接體的耐腐蝕能力、電池組的配組一致性、循環使用壽命、比能量等性能，有利于電池管理芯片在鉛酸蓄電池或電池組中的應用。
【專利說明】
匯流連接結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及蓄電池和蓄電池組，特別是涉及鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電池組的匯流連接結構。
【背景技術】
[0002]目前獲得廣泛應用的鉛酸蓄電池有平面板柵式鉛酸蓄電池、管式鉛酸蓄電池、卷繞式鉛酸蓄電池，其它處于研究或試應用中的還有泡沫板柵鉛酸蓄電池、超級電容器鉛酸蓄電池、鉛碳電池等。這些鉛酸蓄電池在實際應用中又多以電池組的形式進行制造和使用。一般地，此鉛酸蓄電池或鉛酸蓄電組內集流體的匯流、電池間連接體與匯流體的連接點與電極共處于同一密封空間，因此，匯流體或電池間連接體的材料均采用對電極密封空間內硫酸溶液具有較強抗腐蝕作用(同時考慮易于鑄、焊)、但密度大、電導率較低的鉛或鉛合金材料，其它密度小、電導率高但不耐酸的鋁、銅等材料的使用受限。這樣，一方面，限制了鉛酸蓄電池的大電流放電能力、比能量等，另一方面，鉛或鉛合金材料長時間與硫酸溶液共處同一個密封空間，在多次的充放電過程后，表面也會發生較大程度的腐蝕，使得有效導電面積減少，較細的匯流體或電池連接體甚至發生斷裂，從而使電池或電池組性能下降、壽命終止。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題之一是提供一種鉛酸蓄電池的匯流連接結構，它可以明顯提高鉛酸蓄電池的大電流放電能力、比能量、循環使用壽命等性能。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型的鉛酸蓄電池的匯流連接結構，其所有匯流連接點和匯流體中，至少有一個或一部分處在所述鉛酸蓄電池的電極所在的密封空間外。
[0005]所述鉛酸蓄電池的匯流連接點包括集流體與匯流體的連接點以及匯流體之間的連接點。匯流連接點可以采用活動連接，也可以采用固定連接。
[0006]所述鉛酸蓄電池的匯流連接結構可以具有一層以上的匯流連接平面，即所有匯流連接點、匯流體的局部或全部可以在同一層(必要時可以采用跳線連接)平面內，也可以在不同的平面內。
[0007]本實用新型要解決的技術問題之二是提供一種鉛酸蓄電池組的匯流連接結構，它可以明顯提高鉛酸蓄電池組的大電流放電能力、比能量、電池配組的一致性、循環使用壽命? f生會K O
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型的鉛酸蓄電池組的所有匯流連接點、匯流體和電池間連接體中，至少有一個或一部分處在所述鉛酸蓄電池組的電極所在的密封空間外。
[0009]所述鉛酸蓄電池組的匯流連接點包括集流體與匯流體的連接點、匯流體之間的連接點、電池間連接體與匯流體的連接點以及電池間連接體與集流體的連接點。匯流連接點可以采用活動連接，也可以采用固定連接。
[0010]所述鉛酸蓄電池組的匯流連接結構也可以具有一層以上的匯流連接平面，即所有匯流連接點、匯流體和電池間連接體的局部或全部可以在同一層平面(必要時可以采用跳線連接)內，也可以在不同的平面內。
[0011 ]上述鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電池組中的集流體、匯流體和電池間連接體的材料可以使用鉛、鉛合金、鉛基復合材料、鋁、鋁合金、鋁基復合材料、銅、銅合金、銅基復合材料、銀、銀合金、銀基復合材料、鐵、鐵合金、鐵基復合材料、鈦、鈦合金、鈦基復合材料、錫、錫合金、非金屬錫化合物、錫基復合材料、碳材料、碳基復合材料中的一種或多種。
[0012]上述鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電池組的匯流連接結構可以稱之為封外匯流連接結構，這種封外匯流連接結構根據是否直接暴露于環境空氣中，可以進一步細分為暴露式封外匯流(直接暴露于空氣中)和封閉式封外匯流(與環境空氣隔絕)。
[0013]所述鉛酸蓄電池組中所有單電池間的連接體的總數量大于所述鉛酸蓄電池組額定電壓值除以單電池的額定電壓值后所獲結果的絕對值的取整數減去I后的差。取整方法為小數點后四舍五入。所述單電池間的連接體的總數量是指連接中僅含有單電池不含有電池亞組的連接體數量。所述的單電池包括至少額定單電池、調平單元中的一種。調平單元包括調平電池、調平電容、調平電阻、調平電感等中的一種或多種，用來提高電池組中各電池間或電池亞組間的充放電性能的一致性。
[0014]采用封外匯流連接結構的蓄電池的密封，可以采用所有電極整體密封方式(是指將密封材料與電池殼側壁形成的電極所在的密封空間中的固體、液體、氣體封住)，也可以采用先對單根電極作僅阻止固體、液體外溢的阻擋，再對所有電極進行整體密封(可以用環氧樹脂、帶有安全閥的塑料蓋對所有電極進行整體密封，阻止氣體、液體和固體外溢)的混合密封方式。采用封外匯流連接結構的鉛酸蓄電池組的密封，可以采用每個蓄電池單獨密封的方式，或所有蓄電池整體密封的方式，也可以采用部分單獨密封、部分整體密封的混合密封方式。電極集流體在與電極密封的交接處也是密封的，以防止電極所處空間的氣體、液體、固體從此處泄露腐蝕，污染匯流體、連接體。電極所在密封空間的密封可以帶有出氣閥門或直接出氣口，出氣閥門或直接出氣口流出的氣體可以直接通到電池或電池組外部，也可以匯集并被引導后，經其他排氣口或閥門流到電池或電池組外部。密封結構中的氣體通道可以是單管、雙套管或多層套管。密封材料可以使用塑料、橡膠、電池密封膠、環氧樹脂、復合材料中的一種或多種。
[0015]與封外匯流連接結構相適應的密封還可包括一種防止封外匯流連接結構中的所有匯流連接點、匯流體、連接體中任一種與電池內氣體、液體、固體中任一種接觸的密封，該密封包括一種塑料罩蓋，該塑料罩蓋罩住和密封匯流體，連接安全閥出口的氣體管道則穿過該匯流體罩蓋，并露出氣體出口，氣體管道外壁與匯流體罩蓋交接處是密封的，防止氣體出口排氣時酸性氣體進入匯流體罩蓋內部腐蝕匯流體。安全閥門出氣口上蓋有膠皮帽，膠皮帽之上由一塑料板壓住和固定，防止皮帽脫落，并輔助電池在達到設定的內部氣壓下排氣泄壓。
[0016]本實用新型的鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電池組的封外匯流連接結構，相比現有的常規鉛酸蓄電池和蓄電池組的封內匯流連接結構，具有以下優點和有益效果:
[0017]1.現有的蓄電池或蓄電池組采用的封內匯流連接結構，其所有匯流連接點、匯流體本身和部分連接體都被置于電極的密封空間內，因此匯流體的材料不得不使用耐硫酸腐蝕但比重較大的Pb或Pb合金(同時考慮了鉛易于鑄、焊)。而本實用新型的封外匯流連接結構，其集流體與匯流體的連接點、匯流體的局部或全部、匯流體間的連接點、電池間的連接點可以部分或全部置于電極所在的密封空間之外，這樣匯流體的材料就可以使用相對Pb或Pb合金比重更小、電導率更高的材料，例如Al、Cu或其合金，20°C時，Al的電阻率為僅約為Pb的1/8，密度約為Pb的1/4，使用Al作為匯流體，在同樣粗細和長度情況下，因電池充放電而在匯流體上損失的電壓降比使用Pb作為匯流體時減少700%，匯流體重量和材料成本減少約300%，從而顯著增加電池或電池組的大電流放電能力、比能量等。
[0018]2.匯流體、連接體使用比重更小、電導率更高的材料后，集流體、匯流體、單電池之間的連接距離也可以顯著擴大，例如，以同樣粗細的Al或Cu匯流體替代Pb匯流體，電阻等效時，Al或Cu匯流體的匯流最長距離約是Pb匯流體的8或15倍，這使得電池配組時，可以根據單電池或電池亞組的容量、充放電特性等性能的最大一致性進行匯流連接，而不是現行鉛酸蓄電池所普遍采用的根據最短匯流距離進行匯流連接，從而大大提高了電池間或電池亞組間的一致性。
[0019]3.封外匯流連接結構有助于鉛酸蓄電池和電池組的智能管理，可以增加電池管理芯片對單電極、單電池進行獨立的分析、診斷，提高對蓄電池性能分析和控制管理的廣度、深度，以及預測的精準度。
[0020]4.封外匯流連接結構有利于防止硫酸溶液對匯流體、連接體的腐蝕，增強電池或電池組的性能穩定性和循環使用壽命;此外，由于匯流點、連接點等脫離了存在硫酸溶液的電極密封空間，因此，還可以通過在電池或電池組中連接入一些額定電極或額定單電池之外的調平電極、調平電池、調平電容、調平電阻等調平單元，并使之受控于電池管理芯片，來提高電池組中各電池間或電池亞組間的充放電性能的一致性，提高電池組的循環使用壽命O
[0021]5.當封外匯流連接結構中使用鋁、鋁合金、鋁基復合材料、銅、銅合金、銅基復合材料等材料時，可顯著降低鉛酸蓄電池和蓄電池組中匯流連接體的鉛用量和成本。
[0022]6.適用范圍廣，本實用新型的封外匯流連接結構，可以適用于除雙極式鉛酸蓄電池以外的其它鉛酸蓄電池，包括平面板柵式鉛酸蓄電池、管式鉛酸蓄電池、卷繞式鉛酸蓄電池、泡沫板柵鉛酸蓄電池、超級電容器鉛酸蓄電池、鉛碳電池等，以及相應的鉛酸蓄電池組。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型實施例1的鉛酸蓄電池封外匯流連接結構示意圖。
[0024]圖2是本實用新型另外兩種可行的鉛酸蓄電池封外匯流連接結構示意圖。其中，a圖為封閉式封外匯流連接結構;b圖為暴露式封外匯流連接結構。
[0025]圖3是本實用新型實施例2的鉛酸蓄電池組封外匯流連接結構示意圖。
[0026]圖4是本實用新型另外兩種鉛酸蓄電池組的封外匯流連接結構示意圖。其中，a圖為封閉式封外匯流連接結構，b圖為暴露式封外匯流連接結構。
[0027]圖5是本實用新型實施例3的鉛酸蓄電池封外匯流連接結構的電路示意圖。
[0028]圖中附圖標記說明如下:
[0029]1:正極集流體
[0030]2:正極活性物質
[0031]3:負極集流體
[0032]4:負極活性物質
[0033]5:隔板
[0034]6:電池外殼
[0035]22:電極整體密封
[0036]25:正極匯流體
[0037]35:電池組外殼
[0038]54:單電池的獨立密封
[0039]55:單電池間的整體密封
[0040]56:可通氣阻擋材料(可阻擋固體、吸納液體)
[0041 ]59:單電池正負極間的匯流連接體
[0042]71 — 73:單電池間的連接體
【具體實施方式】
[0043]為對本實用新型的技術內容、特點與功效有更具體的了解，現結合附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0044]實施例1
[0045]本實施例2V40Ah(20h率，25°C)平面板柵式鉛酸蓄電池的封外匯流連接結構為:將電池中所有平面板柵式正極板的極耳上端與負極板的極耳上端均穿過電極所在密封空間的密封上蓋，使極耳上端的端點處于密封上蓋之上，極耳穿過密封上蓋并與上蓋交接的地方，進行交接密封，以防止固、液、氣的泄露，將電極所在密封空間外的正極極耳上端和負極極耳上端分別與截面積為160mm2的鋁導線焊接起來，分別完成正極、負極的封外匯流連接，正負極的匯流點、匯流體處于同一平面內。圖1顯示的是本實施例的鉛酸蓄電池的正極匯流連接結構，負極的匯流連接結構與此類同(在其它實施例中，封外匯流連接結構除圖1所示的封閉式封外匯流連接結構外，還可以采用如圖2中的a圖所示的另一種封閉式封外匯流連接結構，或b圖所示的暴露式封外匯流連接結構)。密封上蓋上有排放電池內部氣體的管道和安全閥門。進一步的，用一塑料罩蓋罩住和封閉鋁匯流體，以防止電池氣體出口排氣時帶酸氣體腐蝕匯流體，氣體管道穿過該匯流體罩蓋，露出氣體出口。氣體管道與塑料罩蓋交接處是交接密封的，以防止帶酸氣體進入匯流體塑料罩蓋內部腐蝕匯流體。
[0046]與同規格的采用封內匯流連接結構的傳統2V40Ah(20小時率，25 °C )平面板柵式鉛酸蓄電池相比，本實施例的鉛酸蓄電池的大電流放電能力提升50 —110%。完全避免了因匯流體及匯流點腐蝕問題而導致的電池性能下降和壽命終止。顯著降低了匯流連接體的鉛用量和成本。
[0047]實施例2
[0048]本實施例48V24Ah(2h率，25°C)卷繞式鉛酸蓄電池組的封外匯流連接結構為:將144只額定容量為4Ah(2h率，25°C)的卷繞式鉛酸蓄電池單電池置于帶有144只連體圓筒空間的電池組殼體中，將所有單電池中正極板的極耳上端與負極板的極耳上端均穿過電極所在密封空間的密封上蓋(在其它實施例中，卷繞式鉛酸蓄電池的正負極在電極所在密封空間內可以先進行各卷繞電極的匯流，然后匯流體結構中直立向上的連接體穿過密封上蓋)，使極耳上端的端點處于密封上蓋之上，極耳穿過密封上蓋并與之交接的地方，進行交接密封，以防止固、液、氣的泄露。對于各單電池的正負極極耳進行匯流連接焊接，匯流連接材料為截面積15mm2的銅導線，如圖3所示(圖中示出了單電池之間串聯時，各電池正負極間的連接情況;在其他實施方式中，封外匯流連接結構還可以采用如圖4中a圖所示的另一種封閉式封外匯流連接或b圖所示的暴露式封外匯流連接結構)。對于密封、匯流后的單電池進行加酸，通過密封后露出來的單電池的正負極匯流體，進行各單電池容量測試，將144只單電池根據容檢后的容量值、充放電特性和按照一致性原則分成36組一級電池亞組，每組一級電池亞組具有4只彼此串聯的單電池，分組方案中，選擇使得所有一級電池亞組容量間的標準誤差最小、充放電特性最接近的優化方案，進行一級電池亞組內單電池之間的串聯連接，形成一級電池亞組內單電池間的串聯連接體，每個一級電池亞組的額定電壓為8V，額定容量為4Ah，連接體材料為截面積15mm2的銅導線；同樣按照一致性原則，將36個一級電池亞組分成6個二級電池亞組，每個二級電池亞組包含有6個彼此并聯的一級電池亞組，分組方案中，選擇使得所有二級電池亞組容量間的標準誤差最小、充放電特性最接近的優化方案，進行二級電池亞組內一級電池亞組之間的并聯連接，形成一級電池亞組間的并聯連接體，每個二級電池亞組的額定電壓為8V，額定容量為24Ah，連接體材料為截面積15mm2的銅導線；然后，再將6個二級電池亞組之間進行彼此串聯的連接，形成總電池組內二級電池亞組之間的連接體和最后的總電池組，連接體材料為截面積SOmm2的銅導線。本實施例電池組進行6個平面層面的匯流，即，第一個層面用來實現各個一級電池亞組內的集流體之間的匯流連接和電池間的連接，第二個層面用作跳線空間，以輔助實現第一層面的匯流連接;第三、第四個層面，用來實現一級電池亞組之間的連接以及跳線操作;第五、第六個層面用來實現二級電池亞組之間的連接和跳線操作。第二、三、四、五層空間也同時用來作為各層之間的直通連接操作空間。本實施例中鉛酸蓄電池組中密封上蓋上對應于每個單電池位置有一個排放單電池內部氣體的管道和安全閥門。進一步的，用一塑料罩蓋罩住和封閉保護匯流體、匯流點、連接點、連接體，以防止電池氣體出口排氣時帶酸氣體對它們的腐蝕，封閉保護的方法相同于實施例1。
[0049]與同規格的現行48V24Ah(2h率，25 V )卷繞式鉛酸蓄電池組相比，本實施例的鉛酸蓄電池組的大電流放電能力提升60 —150%，比功率可以達到600 — 1000W，完全避免了因匯流體及匯流點、電池連接點等腐蝕問題而導致的電池組性能下降和壽命終止，同時由于借助封外匯流連接方式實現了電池配組一致性的優化提高，本實施例電池組的循環使用壽命可以達到700 —1200次(80%D0D，25°C)，比現行的提高了55 —130%。顯著降低了匯流連接體的鉛用量和成本。
[0050]實施例3
[0051 ]本實施例12V，24Ah (1h率，25 °C )動力型平面板柵式鉛酸蓄電池組的封外匯流連接結構為:將12只額定電壓和容量為2V和12Ah(10h率，25°C)的平面板柵式鉛酸蓄電池單電池置于帶有12只連體方筒空間的電池組殼體中進行外連接，即與匯流體連接的連接體豎直向上一端穿過密封電極所在空間的密封上蓋并在密封上蓋上方通過與鋁材料的焊接完成電池間的連接，不進行傳統動力型平面板柵式鉛酸蓄電池組中那樣的過橋連接或穿壁焊連接。連接體豎直向上端與密封上蓋的交接處進行交接密封。本實施例匯流連接結構所應用的鉛酸蓄電池組及電池的構造與傳統動力型平面板柵式鉛酸蓄電池組的基本相同，所不同之處在于:本實施例封外匯流連接結構所應用的電池組中單電池的數量以及電池間連接體的數量為12個，如圖5所示，大于傳統的數量(5個)，也大于本實施例鉛酸蓄電池組匯流連接結構所在的鉛酸蓄電池組額定電壓值除以單電池的額定電壓值后所獲結果的絕對值的取整數減去I后的差(112 + 2 1-1 = 5)。連接體在電極所在密封空間外使用的是鋁材料，以及本實施例鉛酸蓄電池組匯流連接結構中電池間進行的是外連接。實現本實施例鉛酸蓄電池組封外匯流連接結構時，將12只單電池根據容檢后的容量值、充放電特性和按照一致性原則分成6個一級電池亞組，每個一級電池亞組有兩個通過外連接進行并聯的單電池，所形成的每個一級電池亞組的電壓和額定容量分別為2V和24Ah。最后，將6個一級電池亞組通過外連接進行串聯，形成總電池組。本實施例鉛酸蓄電池組封外匯流連接結構中采用的外連接鋁導線包有絕緣保護層，外連接鋁導線由一個帶有氣體閥門和方便裝拆的塑料置蓋保護。
[0052]與傳統動力型平面板柵式鉛酸蓄電池組的匯流連接結構相比，本實施例的鉛酸蓄電池組封外匯流連接結構使鉛酸蓄電池組新增了一種配平能力，規格相同時，配平程度可提高 50% — 300 %。
【主權項】
1.鉛酸蓄電池的匯流連接結構，其特征在于，所述鉛酸蓄電池的所有匯流連接點和匯流體中，至少有一個或一部分處在所述鉛酸蓄電池的電極所在的密封空間外。2.根據權利要求1所述的匯流連接結構，其特征在于，所述匯流連接點包括集流體與匯流體的連接點以及匯流體之間的連接點。3.根據權利要求2所述的匯流連接結構，其特征在于，所述匯流連接點采用活動連接。4.根據權利要求2所述的匯流連接結構，其特征在于，所述集流體和匯流體的材料包括:鉛、鉛合金、鉛基復合材料、招、招合金、招基復合材料、銅、銅合金、銅基復合材料、銀、銀合金、銀基復合材料、鐵、鐵合金、鐵基復合材料、鈦、鈦合金、鈦基復合材料、錫、錫合金、非金屬錫化合物、錫基復合材料、碳材料、碳基復合材料中的一種或多種。5.根據權利要求1所述的匯流連接結構，其特征在于，所述匯流連接結構具有一層以上的匯流連接平面。6.鉛酸蓄電池組的匯流連接結構，其特征在于，所述鉛酸蓄電池組的所有匯流連接點、匯流體和電池間連接體中，至少有一個或一部分處在所述鉛酸蓄電池組的電極所在的密封空間外。7.根據權利要求6所述的匯流連接結構，其特征在于，所述匯流連接點包括集流體與匯流體的連接點、匯流體之間的連接點、電池間連接體與匯流體的連接點以及電池間連接體與集流體的連接點。8.根據權利要求7所述的匯流連接結構，其特征在于，所述匯流連接點采用活動連接。9.根據權利要求7所述的匯流連接結構，其特征在于，所述集流體、匯流體和電池間連接體的材料包括:鉛、鉛合金、鉛基復合材料、招、招合金、招基復合材料、銅、銅合金、銅基復合材料、銀、銀合金、銀基復合材料、鐵、鐵合金、鐵基復合材料、鈦、鈦合金、鈦基復合材料、錫、錫合金、非金屬錫化合物、錫基復合材料、碳材料、碳基復合材料中的一種或多種。10.根據權利要求6所述的匯流連接結構，其特征在于，所述匯流連接結構具有一層以上的匯流連接平面。11.根據權利要求6所述的匯流連接結構，其特征在于，所述鉛酸蓄電池組中，所有單電池間的連接體的總數量大于所述鉛酸蓄電池組額定電壓值除以單電池的額定電壓值后所獲結果的絕對值的取整數減去I后的差。12.根據權利要求6所述的匯流連接結構，其特征在于，所述鉛酸蓄電池組中，所有單電池間的連接體的總數量大于所述鉛酸蓄電池組額定電壓值除以單電池的額定電壓值后所獲結果的絕對值的取整數加上I后的和。
【文檔編號】H01M10/06GK205508921SQ201620085892
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月28日
【發明人】楊春曉
【申請人】楊春曉