Батарея тонкоелектродних акумуляторів

Батарея тонкоелектродних акумуляторів, яка містить рулонні елементи, розміщені в ячейках Винахід відноситься до електротехніки, до тієї и частини, що стосується виробництва ХІМІЧНИХ джерел струму, зокрема, стартерних акумуляторних батарей для важких режимів роботи У числі машин і механізмів, енергетичне обслуговування яких здійснюється ХІМІЧНИМИ джерелами струму, є типи, у яких об'єм, відведений для розміщення акумуляторних батарей (АБ), жорстко регламентований ВІДСІК енергоблоку звичайно розрахований на заповнення прямокутними акумуляторами Поява акумуляторів рулонного типу в ряді випадків породила проблему раціонального використання об'єму Розширення сфер застосування рулонних акумуляторів привело до поширення батарей, складених з циліндричних елементів Монтаж таких акумуляторів у батарею зв'язаний з технологією укладання, що дає помітний об'єм зон, не заповнених активною речовиною Важливе значення в таких випадках здобуває величина коефіцієнта заповнення (К) об'єму блоком електродів Його значення визначається як відношення сумарного об'єму, займаного акумуляторами батареї, до повного об'єму енергоблоку машини або механізму Особливу актуальність це має стосовно тонкоелектродних стартерних акумуляторів, які розраховано на великі розрядні струми, оскільки їх, як правило, виготовляють у рулонному виконанні, і вони одержують циліндричну форму, яка вписується в прямокутні ячейки корпуса і виконані з позитивних і негативних електродів, розділених сепараторною стрічкою зі зв'язаним електролітом, яка відрізняється тим, що кожний акумулятор містить блок електродів із двох секцій, причому перша секція виготовлена у вигляді рулонної зборки у формі паралелепіпеда з округленими кутами, яка має центральний прямокутний проріз, а друга секція являє собою блок, складений із плоских переміжних електродів протилежної полярності, розділених сепараторами, який розміщено у прорізі першої секції та включено у загальну з першою секцією систему струмознімання паралельно тільки з помітними об'ємними втратами Максимальне значення коефіцієнта К лежить у межах 0,75 - 0,78 Таким чином, не менш 22% об'єму енергоблоку є пасивними зонами навіть без урахування об'єму, відпущеного під монтаж системи комутації АБ У багатоелементних батареях сумарний об'єм, займаний пасивними зонами, виростає в істотну величину Як правило, корпуса рулонних акумуляторів мають охоплюючу циліндричну форму Однак ця обставина не знімає проблеми, віднесеної до форми всього енергоблоку, а тільки переносить її на ЗОВНІШНІ габарити Зазначена проблема у відкритій формі не ставилася, оскільки вимоги обмеженого об'єму досить специфічні і стосуються відносно невеликого розряду технічних пристроїв Однак розвиток могутньої та спеціальної техніки створив ситуацію, коли и рішення відкладати вже не можна, а вирішити и обхідними шляхами не вдалося Як аналог ми беремо типову АБ рулонного типу циліндричної форми, описану в патенті США № 5637416, МПК6 Н 01 М 6/10, Опубл 10 06 97р ВІДПОВІДНО до патенту кожний акумулятор змонтований з позитивної та негативної пластин, виконаних у вигляді стрічки і розділених по обидва боки сепараторною стрічкою Утворений композит спірально згорнутий з утворенням циліндричної рулонної зборки До недоліків описаної АБ можна віднести те, (О 00 ю що при компонуванні таких акумуляторів у батарею, виникають великі зазори між акумуляторами і стінками корпуса батареї Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є свинцева батарея з циліндричними акумуляторами, описана в патенті США 6 № 5922490, МПК Н 01 М 2/00, Опубл 13 071999р Розроблені акумулятори, зібрані з чотиришарового композита, що містить позитивну і негативну електродні стрічки, які розділено по обидва боки стрічками сепараторного матеріалу і згорнуто в рулон Утворені циліндричні блоки електродів вставлено в циліндричні ячейки корпуса АБ У залежності від вимог до електричних параметрів батарея може збиратися з акумуляторів різної ємності Блоки електродів різної ємності мають однакову висоту, але різний діаметр Коли діаметр блоку менше діаметра ячейки, то утвориться повітряний кільцевий зазор Для фіксації акумуляторів до ячейки уводять ємнісний перехідник, що представляє собою циліндричну втулку, яка має розмір зазору До недоліків прототипу можна віднести нераціональне використання об'єму, займаного батареєю Навіть у випадку, коли діаметр акумуляторних рулонів дорівнює діаметру ячейок, об'єм, займаний корпусом батареї, істотно перевищує сумарний об'єм використовуваних акумуляторів В основу винаходу покладено задачу збільшення питомої енергоємності АБ за рахунок збільшення коефіцієнта заповнення об'єму енергоблоку акумуляторними елементами шляхом зміни їхньої форми і секцюнування електродної системи з застосуванням комбінованого компонування взаємного розташування різнополярних електродів Поставлена задача вирішується тим, що в батареї тонкоелектродних акумуляторів, яка містить рулонні елементи, розміщені в ячейках корпуса і виконані з позитивних і негативних електродів, розділених сепараторною стрічкою зі зв'язаним електролітом, ВІДПОВІДНО до винаходу, кожний акумулятор містить блок електродів із двох секцій, причому перша секція виготовлена у вигляді рулонної зборки у формі паралелепіпеда з округленими кутами, яка має центральний прямокутний проріз, а друга секція являє собою блок, складений із плоских перемінних електродів протилежної полярності, розділених сепараторами, який розміщено у прорізі першої секції та включено у загальну з першою секцією систему струмознімання паралельно Розбивку електродної системи акумулятора на дві секції зроблено на наступних підставах Практика використання акумуляторів рулонного типу виявила як їхні переваги, так і недоліки Найбільш істотний недолік - поява в робочому об'ємі пасивних зон, які неможливо використовувати Це центральна зона, що має діаметр, зв'язаний з мінімальною припустимою кривизною згину електродного композита (радіус кривизни порядку 5мм), і чотири кутових зони, які виникли внаслідок операції вписування циліндра в паралелепіпед Як уже вказувалося, коефіцієнт К в цьому випадку дорівнює 0,75 - 0,78, не більш Збільшити його не вдається, не виходячи за межі ідеї спіральної згортки Однак коефіцієнт заповнення можна збільши 58169 ти шляхом зменшення об'єму пасивних зон У пропонованому рішенні показана можливість зменшення кутових дефектів У батареї, що заявляється, акумулятори мають блок електродів, що складається з двох секцій рулонної та пластинчастої Рулонний блок електродів розміщений в акумуляторному осередку і має форму паралелепіпеда з округленими кутами і центральним прорізом Центральна пасивна зона при цьому може бути навіть збільшена У проріз поміщено пластинчастий блок електродів, укладений в обтискний корпус з полімерного матеріалу Якщо пластинчастий блок займає порядку 10% об'єму ячейки акумулятора, то досягається достатнє підвищення коефіцієнта заповнення К (до 0,9) Величина К в такої композиції збільшується за рахунок того, що в даному випадку кривизна кутового скруглення рулону може бути істотно зменшена, а центральну пасивну зону заповнено блоком електродів Радіус кутового скруглення зменшується за рахунок зменшення числа витків (шарів) рулонної секції Адже в даному компонуванні мінімальне початкове скруглення починається не від центра, а від кутів внутрішньої секції Тому радіус скруглення останнього витка буде менше радіуса циліндричного рулону (як у прототипі) на половину ширини пластинчастого блоку Таким чином, патентований акумулятор буде містити дві потенціалоутворюючі секції, виконані по різних технологіях Рулонна секція утвориться намотуванням композита за широко відомою технологією, але не на циліндричний каркас, а на прямокутний, який має форму паралелепіпеда з округленими кутами При цьому рулон набуває в перетині форму прямокутника з округленими кутами і центральним прорізом Варіюючи розміри каркаса, можна домогтися максимально щільного уписування рулону в ячейку АБ При цьому між рулоном і стінками ячейки встановлюється не точкове торкання, а площинне прилягання Повітряні зазори в кутах ячейок зменшуються Центральний проріз, що залишився, заповнюється укладеним в обтискний корпус акумуляторним плоскоелектродним блоком, який представляє собою пакет із плоских пластин виконаним за традиційною технологією Домогтися повної ВІДПОВІДНОСТІ розмірів секції і габаритів прорізу не складає праці Люфти, що залишилися, у кутових зонах можуть бути з успіхом використані для потреб термостатування як канали для циркуляції холодоагенту або теплоносія Системи охолодження або підігріву (зокрема, з використанням повітря або рідин) є обов'язковою частиною устрою АБ, розрахованих на важкі режими роботи Наявність каналів поліпшує можливості функціонування таких систем Що стосується системи комутації, то сполучення полюсних МІСТКІВ обох секцій у кожному акумуляторі є також геометричною задачею і вирішується на стадії розкрою заготівок Вібростійкість секцюнованих акумуляторів у деяких випадках нижче рулонних, оскільки в них з'являється слабке місце у вигляді пластинчастої секції Однак зниження вібростійкості незначне По-перше, вбудований пластинчастий блок зміцнений бандажним тиском з боку обтискного корпу 58169 пуса Потім зварюють вушки секцій з полюсними су з полімерного матеріалу та рулонного електромістками і вже готовий комбінований блок електдного блоку, що істотно підвищує його вібростійродів піддають наступній електрохімічній обробці кість По-друге, якщо пластинчастий блок займає Каркасне складання припускає попереднє виусього - 10% об'єму ячейки акумулятора, то помітготовлення пластинчастого блоку 4 в обтискному ного погіршення вібростійкості акумулятора в цікорпусі 5 (включаючи операції сушіння і зварюванлому не відбувається ня комутаційної системи), його електрохімічне фоЗа наявними в авторів відомостями запропормування для додання максимальної механічної новані ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ, що характеризують суть МІЦНОСТІ і наступне намотування стрічки сирого винаходу, не ВІДОМІ В даному розділі техніки композита на обтискний корпус цього блоку, як на Запропоноване технічне рішення може бути каркасну основу Обтискний корпус 5 блоку 4 має використане на підприємствах з виробництва акуформу паралелепіпеда з округленими кутами, по муляторних батарей, зокрема - свинцевобічний утворюючій якого і провадиться намотуванкислотних типів Особливе значення це може мати ня шарів рулонного блоку 2 з поступовим нарощуу випадку виробництва акумуляторів з великим ванням товщини Радіус кривизни округлених кутів розрядним струмом для важких режимів роботи обтискного корпуса 5 дорівнює мінімально припус(для запуску двигунів і живлення електроустаткутимому для згину електродного композита (порядвання спеціальних машин, які відносяться до груп ку 5мм) Вузол струмознімання центральної секції 1 10-1 11 категорії А ГОСТ В 20 39 304) виноситься на торцеві частини блоку (односторонНа фіг наведений поперечний розріз секцюньо або симетрично) Розміри блоку детерміновані нованої електродної системи акумулятора в складі двома вимогами 1) між усіма його опорними плокорпуса батареї Кожна ячейка 1 АБ виконана щинами і стінками ячейки повинна укладатися одпрямокутною У ній розміщено рулонний електронакова КІЛЬКІСТЬ шарів композита, 2) оптимальне дний блок 2 згорнутий у формі прямокутника з співвідношення між масами рулонної і пластинчасокругленими кутами і центральним прорізом З У тої секцій порядку 10 1 Кожний виток рулонної центральний проріз 3 поміщено електродний блок секції, лягаючи на каркас, має чотири прямоліній4, укладений в обтискний корпус 5 з полімерного них ділянки, сполучених кутовими скругленнями матеріалу Кутові пасивні зони 6 є повітряними Радіус кутових скруглень при цьому вдається зназазорами між скругленням крайнього шару компочно зменшити, не порушуючи безперервності призита і кутом стінок ячейки лягання шарів Після намотування до встановлеСекцюновані електродні системи можуть бути ного розміру рулон може щільно ввійти в габарити виготовлені двома основними способами роздільячейки Потім блок електродів піддають електроним монтажем і каркасним складанням хімічному формуванню, але при цьому формуєтьПри роздільному монтажі кожну секцію виготося тільки рулонна секція вляють окремо Рулонну секцію 2 виготовляють на каркасі 5, габарити якого відповідають розмірам Описане конструктивне рішення дає можлипластинчастої секції 4 і який служить обтискним вість із задовільною повнотою вирішити поставлекорпусом для останньої Каркас 5 має форму пану задачу Секційна розбивка електродної системи ралелепіпеда з округленими кутами, причому раі відмовлення від рулонної згортки циліндричного діус кривизни його округлених кутів дорівнює мінітипу дає можливість помітно зменшити частку памально припустимому для згину електродного сивних зон в об'ємі енергоблоку Ускладнення техкомпозита (порядку 5мм) Намотування композита нологи не вимагає створення нового обладнання провадиться по технологічних вимогах з натягом Можуть бути використані агрегати серійних типів, Пластинчасту секцію 4 монтують шляхом пошарооскільки способи виготовлення обох секцій ВІДОМІ і вого укладання позитивних і негативних пластин, поширені у виробничій практиці поміщених у конверти із сепараторного матеріалу, Лабораторні іспити показали, що секцюновані у монтажному оснащенні, яке передбачає їхній акумулятори по основних параметрах не уступастиск і жорстку фіксацію для зварювання вушків з ють рулонним модифікаціям, але перевершують їх полюсними містками Готову секцію вставляють у по питомій енергоємності проріз рулонної секції в середину обтискного кор 58169 Комп'ютерна верстка А Крулевськии Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна