Батарея із пристроєм перемішування електроліту

Реферат: Винахід стосується батареї з рідким електролітом, яка переважно використовується в транспортних засобах, причому батарея має наступні ознаки: корпус (1) батареї з бічними стінками (3, 4), дном (2) корпусу й кришкою, рідкий електроліт (6), рівень (7) якого знаходиться в попередньо заданих припустимих межах (7а, 7b), електроди (5), щонайменше біля однієї бічної стінки (3) розташована проточно-канальна пластина (8), так що між бічною стінкою (3) корпусу (1) батареї й проточно-канальною пластиною (8) утворений проточний канал (9), причому верхній кінець проточного каналу (9) служить як випускний проріз (9а), над електродами (5) розташована змішувальна ванна (10) із дном (12) змішувальної ванни й бічними стінками (11а, 11b, 11e) змішувальної ванни, при цьому бічна стінка змішувальної ванни, що межує із випускним прорізом (9а), виконана у вигляді переливного ребра (13), дно (12) змішувальної ванни розташоване нижче передбаченого згідно з режимом роботи мінімального рівня (7b) рідкого електроліту (6), і в дні (12) змішувальної ванни передбачений щонайменше один донний отвір (14). UA 112386 C2 (12) UA 112386 C2 UA 112386 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується батареї з рідким електролітом, яка переважно використовується в транспортних засобах, таких як, наприклад, легкові автомобілі, човни або літаки, і має пристрій для перемішування електроліту. Прагнення автомобільної промисловості до полегшення конструкції стосується також скорочення ваги батареї. Проте, одночасно підвищується вимога до вищої потужності батареї, тому що поряд зі звичайною енергією для запуску, наприклад легкового автомобіля, також потрібна енергія для додаткових агрегатів, таких як електричні склопідйомники, сервомотори для регулювання сидінь, а також для електричного підігріву сидінь. Крім того, бажано, щоб потужність батареї протягом терміну служби батареї по можливості зберігалася на постійному, максимально високому рівні, тому що функціональні блоки, які впливають на безпеку, такі як кермовий механізм і гальмовий механізм, також усе більше керуються й приводяться в дію електрикою. Надалі під потужністю батареї розуміється ємність батареї, а також здатність батареї до віддачі струму або до приймання струму. На потужність батареї впливають різні, відомі фахівцеві фактори. З рівня техніки відомі заходи, спрямовані на те, щоб підвищити потужність батареї з рідким електролітом, таким як, наприклад, свинцево-кислотна акумуляторна батарея. Найбільшою проблемою у свинцево-кислотних акумуляторних батарей є так зване розшарування кислоти, тобто концентрація кислоти щодо поверхні електродів не рівномірна. Це є причиною того, що електроди в тих місцях, в яких концентрація кислоти занадто висока, кородують, так що термін служби батареї скорочується, а через ті місця електродів, в яких концентрація кислоти занадто низька, батарея не досягає своєї повної потужності. Надалі електроліт завжди називається кислотою, тому що в більшості випадків застосування цього винаходу мова йде про свинцево-кислотні акумуляторні батареї. Проте, винахід може використовуватися в будь-якій батареї з рідким електролітом, чий електроліт має схильність до розшарування. Тому були розроблені різні пристрої й способи для того, щоб перемішувати кислоту, щоб концентрація кислоти була по можливості однаковою у всіх частинах об'єму батареї. У стаціонарних батарей в електроліт нагнітається, наприклад, повітря. Для батарей транспортних засобів відомі пристрої перемішування кислоти, які використовують інерцію кислоти під час процесів прискорення. Ця техніка відома фахівцеві, так що лише як приклад дається посилання на документи US 4963444 і DE 29718004.5. Існують стартерні батареї з найбільш високим конструктивним виконанням. У цих стартерних батарей наявна в піднімальному каналі кислота повинна нагнітатися за допомогою прискорення через більшу відстань знизу нагору, для чого потрібна більша енергія. Тому що енергія для переміщення кислоти в каналі проводиться прискоренням транспортного засобу, її величина обмежена. Таким чином, завдання винаходу полягає в наданні батареї із пристроєм перемішування електроліту, який ефективний настільки, що добре перемішуються навіть батареї з вищим конструктивним виконанням. Це завдання вирішується за допомогою батареї за пунктом 1 формули винаходу, причому батарея має наступне: Корпус батареї з бічними стінками, дном корпусу й кришкою. Це компонування утворює акумулятор. Як правило, декілька з таких акумуляторів об'єднані в батарею із багатоящиковим корпусом. У переважно прямокутному корпусі батареї вертикально розташовані пластинчасті електроди. Електроди повністю покриті кислотою. Щонайменше біля однієї бічної стінки корпусу батареї на певній відстані від неї й паралельно до неї розташована проточно-канальна пластина, так що між стінкою корпусу батареї й проточно-канальна пластиною утворений вертикальний і непроникний для рідини проточний канал. Альтернативно цьому виконанню, проточний канал може бути також виконаний у вигляді двостінної проточно-канальної пластини, тобто у вигляді сильно сплющеної трубки із щілиноподібним поперечним перерізом порожнього простору. Таким чином, верхній кінець проточного каналу є випускним прорізом. Поруч із випускним прорізом передбачена змішувальна ванна, яка має вертикальні бічні стінки й горизонтальне дно. Бічна стінка змішувальної ванни, яка межує із випускним прорізом, утворює переливне ребро випускного прорізу. Дно змішувальної ванни завжди розташоване нижче передбаченого згідно з режимом роботи мінімального рівня кислоти й оснащене щонайменше одним донним отвором із заданим поперечним перерізом. Як пояснено ще докладніше в прикладі здійснення, під час прискорення транспортного засобу, а значить, і батареї певна кількість кислоти нагнітається через вертикальний проточний канал нагору, так що кислота витікає з випускного прорізу й перетікає через переливне ребро в 1 UA 112386 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 змішувальну ванну. Тому що проточно-канальна пластина простягається щонайменше до нижньої третини об'єму кислоти, а наявна там кислота має вищу густину, то кислота із цією вищою густиною спрямовується в змішувальну ванну. Одночасно із надходженням кислоти вищої густини в змішувальну ванну під час прискорення також легка кислота, тобто кислота з нижчою густиною, яка знаходиться під змішувальною ванною, нагнітається через донний отвір у змішувальну ванну. Таким чином, у змішувальній ванні відбувається перемішування кислоти з вищою густиною й кислоти з нижчою густиною. Інакше кажучи, у стані спокою батареї кислота з нижчою густиною знаходиться в змішувальній ванні, тому що змішувальна ванна через донний отвір з'єднана з об'ємом кислоти батареї. Під час прискорення через донний отвір додаткова кислота з нижчою густиною нагнітається в змішувальну ванну, і одночасно через проточний канал густіша кислота спрямовується з нижньої зони об'єму моноблока батареї в змішувальну ванну. Таким чином, під час прискорення транспортного засобу, а значить, і батареї в змішувальній ванні більше кислоти, ніж в стані спокою. Перемішана в змішувальній ванні після процесу прискорення кислота, яка називається надалі змішаною кислотою, має трохи вищу густину, ніж кислота, що надійшла через донний отвір, і ніж вже наявна в змішувальній ванні перед процесом перемішування кислота. При зменшенні прискорення до нульового значення більша кількість наявної тепер у змішувальній ванні змішаної кислоти перетікає назад у моноблок через донний отвір, а менша кількість через проточний канал, поки знову не буде встановлений нормальний рівень кислоти. За допомогою перемішування об'ємів кислоти різної густини в змішувальній ванні навіть у батарей з більшою конструктивною висотою викликається суттєво краще перемішування, ніж при відомих з рівня техніки рішеннях. Швидша циркуляція електроліту викликає також швидке вирівнювання температури усередині акумулятора, внаслідок чого збільшується термін служби батареї. Цей аспект має значення, якщо батарея встановлена, наприклад, у руховому відсіку транспортного засобу й з однієї сторони нагрівається тепловим випромінюванням двигуна. Щодо цього винахід забезпечує також і для стандартних батарей позитивні ефекти, такі як більший термін служби й краща можливість по прийманню струму, а також віддачі струму. Згідно з пунктом 2 формули винаходу викликається ще більше поліпшення перемішування, якщо донний отвір змішувальної ванни передбачений в тому місці, в якому кислота з вищою густиною надходить на дно змішувальної ванни, тобто безпосередньо поруч із випускним прорізом. Тому що переливання густішої кислоти зверху в змішувальну ванну й надходження більш розведеної кислоти знизу відбуваються майже одночасно, об'єми кислоти, що зустрічаються безпосередньо одна з одною, завихрюються й у такий спосіб добре перемішуються одна з одною. Згідно з пунктом 3 формули винаходу у стінці, яка лежить в середині, змішувальної ванни, передбачений отвір, який додатково поліпшує перемішування. Згідно з пунктом 4 формули винаходу передбачена друга змішувальна ванна, яка прилягає до стінки, яка лежить всередині, першої змішувальної ванни, причому в дні другої змішувальної ванни передбачений щонайменше один донний отвір. Внаслідок цього перемішування поліпшується ще більше. Згідно з пунктом 5 формули винаходу дно другої змішувальної ванни розташоване на висоті максимального рівня кислоти, тобто дно другої змішувальної ванни розташоване вище, ніж дно першої змішувальної ванни. Внаслідок цього перемішування додатково поліпшується. Далі винахід поясняється докладніше за допомогою прикладу здійснення. На кресленнях показані: Фіг. 1 - поперечний розріз однієї камери моноблока батареї й рівень кислоти на першій фазі; Фіг. 2 - те ж за Фіг. 1 і рівень кислоти на другій фазі; Фіг. 3 - те ж за Фіг. 1 і рівень кислоти на третій фазі; Фіг. 4 - те ж за Фіг. 1 і рівень кислоти на четвертій фазі; Фіг. 5 - те ж за Фіг. 1 і рівень кислоти на п'ятій фазі, яка ідентична першій фазі; Фіг. 6а, b - те ж за Фіг. 1 у модифікованому варіанті здійснення й вигляд зверху на нього; Фіг. 7 - вигляд у перспективі пристрою перемішування із двома змішувальними ваннами; Фіг. 8 - вигляд у перспективі пристрою перемішування із двома змішувальними ваннами в другому варіанті здійснення; і Фіг. 9 - вигляд у перспективі порожнього моноблока батареї із шістьма камерами. Фіг. 1 показує поперечний розріз однієї камери моноблока батареї. Камера 1 моноблока батареї має прямокутний поперечний переріз із дном 2 і чотирма бічними стінками, причому на 2 UA 112386 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 цьому зображенні можна побачити тільки бічні стінки 3 і 4. Посилальною позицією 5 позначені пластинчасті електроди, а посилальною позицією 6 - акумуляторна кислота, чий рівень 7 знаходиться між максимальним рівнем 7а й мінімальним рівнем 7b. Як видно із креслення, відзначений рівень знаходиться на оцінці максимального рівня 7а. Між бічною стінкою 3 і електродами 5 вертикально розташована проточно-канальна пластина 8, так що утворюється проточний канал 9. Таким чином, кінець проточного каналу 9 є випускним прорізом 9а. Поруч із випускним прорізом 9а передбачена змішувальна ванна 10, яка має бічні стінки 11а, 11b, 11c і дно 12, причому бічні стінки 11а й 11b можна побачити тільки на вигляді в перспективі за Фіг. 8. Верхній кінець проточно-канальної пластини 8 утворює переливне ребро 13. Дно 12 змішувальної ванни 10 завжди знаходиться нижче передбаченого згідно з режимом роботи мінімального рівня 7b акумуляторної кислоти 6 і оснащене щонайменше одним донним отвором 14 із заданим поперечним перерізом. Поруч зі змішувальною ванною 10 передбачена додаткова змішувальна ванна 15 з донним отвором 16, яка, однак, є необов'язковою й лише сприяє додатковому поліпшенню перемішування. Далі описується дія пристрою перемішування: Фіг. 1 показує батарею, що знаходиться в спокої, з горизонтальним рівнем 7 електроліту. Передбачається, що в батареї відбулося розшарування кислоти, тобто кислота на дні батареї має вищу густину, ніж кислота у верхній частині батареї й кислота, що знаходиться в змішувальній ванні. Фіг. 2 показує переміщення кислоти при позитивному прискоренні транспортного засобу в напрямку стрілки праворуч. Така ж дія відбувається при негативному прискоренні ліворуч, тобто при гальмуванні транспортного засобу, що рухається в напрямку стрілки. При цьому в змішувальній ванні 10 встановлюється рівень 7 кислоти, який проходить похило. Через проточний канал 9 кислота з вищою густиною спрямовується нагору й перетікає через переливне ребро 13 у змішувальну ванну 10. На цій фазі руху через донний отвір 14 кислота з нижчою густиною також спрямовується в змішувальну ванну 10. Таким чином, тепер у змішувальній ванні 10 є змішана кислота, чия густина нижча, ніж густина кислоти на дні батареї, і вища, ніж густина кислоти в області рівня кислоти. У змішувальній ванні 15, яка є необов'язковою, завдяки рівню кислоти, який проходить похило, невелика кількість кислоти спрямовується вниз через донний отвір 16. Фіг. 3 показує ситуацію, в якій ще діє постійне прискорення, однак, вирівнювальні течії більше не відбуваються. Тому стрілки течій також не відзначені. Фіг. 4 показує ситуацію, в якій прискорення дорівнює нулю, тобто коли транспортний засіб пересувається з постійною швидкістю або стоїть на місці. Отже, рівні кислоти горизонтальні. Стрілки течій показують, що вирівнювання рівнів відбувається через усі три отвори 9а, 14 і 16. Окремо потрібно зазначити те, що завдяки просторовому розподілу цих отворів кислота втікає й витікає в різних місцях, і внаслідок цього встановлюється швидше перемішування. Фіг. 5 показує ситуацію, як на Фіг. 1, в якій рівні вирівнялися, однак кислота тепер перемішана. Фіг. 6а і 6b показують модифікований варіант здійснення винаходу на вигляді збоку й на вигляді зверху. У змішувальній ванні 10 донний отвір 14 розташований поблизу від випускного прорізу 9а. Це приводить до найбільш ефективного перемішування об'ємів кислоти різної густини, що спрямовуються один до одного, що позначається кільцевою стрілкою. Крім того, у другій змішувальній ванні 15 передбачено три донні отвори 16. Ці отвори утворюються за допомогою вставлених у дно наскрізь трубок, щоб створювати гідравлічний опір і тим самим викликати додаткове завихрювання й поліпшене перемішування кислоти. Цей ефект додатково підсилюється за допомогою похилого розташування трубок 17. Фіг. 7 показує вигляд у перспективі пристрою перемішування із двома змішувальними ваннами 10 і 15, причому дно 18 другої змішувальної ванни 15 розташоване в площині максимального рівня акумуляторної кислоти й має виїмку 19. Фіг. 8 показує пристрій перемішування за Фіг. 7, який, однак, відрізняється від того тим, що внутрішня бічна стінка першої змішувальної ванни 10 оснащена щілиноподібним отвором 20. Потрібно зазначити те, що поперечні перерізи донних і бічних отворів першої змішувальної ванни 10 можуть бути оптимізовані фахівцем. Форма поперечних перерізів донних і бічних отворів не повинна бути круглою. У звичайних акумуляторних батарей для легкових автомобілів поперечні перерізи наявних у дні й у бічних стінках отворів відповідають поперечним перерізам круглих отворів з діаметром від 1,2 до 10 мм, а в батарей для вантажних автомобілів - круглих отворів з діаметром від 5 до 20 мм. 3 UA 112386 C2 Фіг. 9 показує порожній моноблок з 6 камерами, причому в кожній камері може бути розташований пристрій перемішування, наприклад, згідно з Фіг. 8. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 1. Батарея із пристроєм перемішування електроліту, причому батарея має наступні ознаки: корпус (1) батареї з бічними стінками (3, 4), дном (2) корпусу й кришкою, рідкий електроліт (6), рівень (7) якого знаходиться в попередньо заданих допустимих межах (7а, 7b), електроди (5), які розташовані в рідкому електроліті (6), щонайменше біля однієї бічної стінки (3) на певній відстані від неї й паралельно до неї розташована проточно-канальна пластина (8), так що між бічною стінкою (3) корпусу (1) батареї й проточно-канальною пластиною (8) утворений проточний канал (9), причому верхній кінець проточного каналу (9) виконаний у вигляді випускного прорізу (9а), а нижній кінець проточного каналу (9) розташований біля нижньої третини об'єму батареї, над електродами (5) розташована змішувальна ванна (10) із дном (12) змішувальної ванни й бічними стінками (11а, 11b, 11с) змішувальної ванни, при цьому бічна стінка змішувальної ванни, яка межує із випускним прорізом (9а), вгорі виконана у вигляді переливного ребра (13), дно (12) змішувальної ванни розташоване нижче передбаченого згідно з режимом роботи мінімального рівня (7b) рідкого електроліту (6), і у дні (12) змішувальної ванни передбачений щонайменше один донний отвір (14). 2. Батарея за п. 1, при цьому донний отвір (14) змішувальної ванни (10) передбачений в тому місці, в якому рідкий електроліт при переливанні через переливне ребро (13) надходить на дно змішувальної ванни. 3. Батарея за п. 2, при цьому у бічній стінці (11с) змішувальної ванни, що лежить всередині, передбачений отвір. 4. Батарея за п. 1, при цьому як друга змішувальна ванна передбачена змішувальна ванна (15), яка прилягає до бічної стінки (11с), що лежить всередині, першої змішувальної ванни (10), і дно (18) другої змішувальної ванни має щонайменше один донний отвір (16, 19). 5. Батарея за п. 4, при цьому дно (18) другої змішувальної ванни (15) розташоване на висоті максимального рівня (7а) кислоти (6). 4 UA 112386 C2 5 UA 112386 C2 6 UA 112386 C2 7 UA 112386 C2 8 UA 112386 C2 9 UA 112386 C2 10 UA 112386 C2 11 UA 112386 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12