一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置和铅酸蓄电池的制作方法

1.本发明涉及电池生产领域，具体涉及铅酸蓄电池的抗分层设计。


背景技术：

2.铅酸蓄电池（opzs），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸蓄电池因其性能可靠、容易回收和适于大电流放电等特点，已成为世界上产量最大、用途最广泛的蓄电池品种。
3.铅酸蓄电池正极为二氧化铅( pbo2) ，负极为海绵状的铅( pb)，使用稀硫酸(h2so4) 作为电解液，在电池盒中包括多个相互平行、间隔分布的正极板和负极板。
4.富液铅酸蓄电池在放电过程中易发生硫酸电解液分层现象。这是由于放电过程中电池极板附近硫酸被消耗导致浓差，硫酸除了沿水平方向扩散之外，还受重力作用向下扩散，导致电池上下部的酸密度发生变化。极板下部硫酸浓度高，放电量大，充电接受差，则放电深度更深。而在电池上部，放电深度较浅，充电接受能力更好。极板上下部存在的硫酸浓度差，造成电池反应的不均衡，同时由于极板底部硫酸浓度增加，造成极板产生不可逆转的硫酸盐化，影响蓄电池组的使用寿命。
5.为了克服电解液分层现象，业内有不同的抗分层技术方案。常见的有胶体电解液方案和搅动方案。前者如公开号为cn106571491a的中国专利文件所公开的一种铅酸蓄电池电解液分层缓解剂，该种缓解剂需要添加到电解液中并与之混合，起到减缓电解液分层的作用。然而一方面，由于缓解剂的研发、制造、添加，增加了电解液的使用成本，且添加之后对电解液分层的减缓效果较为有限。
6.后者，在蓄电池中增加搅动装置，对电解液不断进行搅拌。例如在蓄电池侧部添加一个进气管，通过不断输送普通气体来使得电解液扰动。该种技术方案容易实现，且由于气体的持续输送，能使得电解液得到持续的扰动效果，这也是现有技术中较为普及的抗分层优化装置。
7.然而，在该种技术方案中，随着电池的持续使用，电解质会扩散，电极栅会加剧腐蚀，缩短铅蓄电池的使用寿命。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置和铅酸蓄电池，不仅能解决蓄电池的酸分层问题，且同时能降低电池使用过程中的电极板栅腐蚀的情况，从而改善蓄电池的工作环境，延长了铅酸蓄电池的工作寿命。
9.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，包含壳体和用于向所述壳体内腔中通气的导气装置，所述壳体的内腔中安装有多个正极板和负极板，还包含与所述导气装置连接，且用于向所述导气装置提供冷气的冷气提供装置，所述导气装置包含位于所述壳体内腔底部位置的排气底管，所述排气底管上开设有排气微孔。
10.作为本发明的优选，所述导气装置包含下沉管，所述下沉管在竖直方向延伸，位于所述壳体内腔一侧的侧壁位置，所述下沉管一端与所述冷气提供装置连接，另一端与所述排气底管连接。
11.作为本发明的优选，所述下沉管和所述排气底管均为多个，间隔均匀设置，所述下沉管布置在所述负极板与所述壳体侧壁的间隙位置处。
12.作为本发明的优选，所述排气底管排布在所述壳体内腔底部的居中位置。
13.作为本发明的优选，每个所述排气底管排布在对应的所述负极板的正下方，所述排气底管的延伸方向与所述负极板的延伸方向在水平方向平行，最两侧的所述负极板下方不铺设所述所述排气底管。
14.作为本发明的优选，所述排气微孔的直径小于等于200微米。
15.作为本发明的优选，所述冷气提供装置包含涡流杆，所述涡流杆包含进气管、热排气管和冷出气管，所述冷出气管和所述导气装置连接。
16.作为本发明的优选，所述冷出气管外层设有降温覆盖层。
17.作为本发明的优选，所述冷出气管上设有用于检测冷气温度的进气传感器。
18.作为本发明的优选，所述壳体内腔中设有用于检测电解液温度的电解液温度传感器。
19.一种铅酸蓄电池，包含所述的适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，该种铅酸蓄电池还包含端子，两个所述端子分别与所述正极板和所述负极板连接，该种铅酸蓄电池还包含出气口。
20.作为本发明的优选，在所述壳体内腔的底面上设有用于支撑所述正极板和所述负极板，且向上方凸起的极群支撑条。
21.作为本发明的优选，所述极群支撑条为多个，间隔均匀排布，所述极群支撑条的水平延伸方向与所述正极板或所述负极板的水平延伸方向垂直。
22.综上所述，本发明具有如下有益效果：1、本发明通过导气装置和冷气提供装置的设计，既能实现液体流动来避免酸分层，又能实现电解液温度冷却来降低电池使用过程中的电极栅腐蚀的情况，从而改善蓄电池的工作环境，延长了铅酸蓄电池的工作寿命。
23.2、扰流和降温均通过导气装置的排气来实现，无需额外再加装风冷液冷装置，集成度更高，工业成本控制更好。
24.3、下沉管的空间布局利用了极群与壳体侧壁的间隙，在不改变电池盒的整体尺寸前提下得以实现。
25.4、排气底管的空间布置一方面对中部温度高的区域可以更充分的冷却降温；另一方面，迎合原本由于温差带来的运动趋势，通过中部的冷空气上升形成电解液环流，更好的实现液体流动，加强液体搅动效果。
26.5、排气底管采用纳米有机管，排气微孔的直径小，这使得排出均匀分散的微小气泡，上升速度缓慢，均匀分散的微小气泡接触表面积更大，更充分的与电解液热交换，降温效果好。
27.6、采用涡流杆获得冷空气源，结构简单利于实施，便于通过控制获得需要的冷气温度和压力。
28.7、通过温度传感器的数据，调整冷气进入的流量、速度，从而可以实现将电解液的温度调整在用户指定的温度范围内。
29.附图说明：图1是实施例1的结构示意图；图2是图1隐藏正极板和负极板后的示意图；图3是实施例1中的正极板、负极板和排气底管的结构示意图。
30.图中：1、电池盒，11、壳体，12、正极板，13、负极板，14、端子，15、出气口，16、极群支撑条，2、导气装置，21、下沉管，22、排气底管，排气微孔，3、冷气提供装置，31、进气管，32、热排气管，33、冷出气管，4、温度传感器，41、进气传感器，42、电解液温度传感器，5、降温覆盖层，
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
32.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
33.实施例1，如图1所示，一种铅酸蓄电池，包含电池盒1，其包含壳体11，在壳体11的内腔中，安装有多个极板。极板分为正极板12和负极板13，在布置上，一正一反交错排列。图1中，为了便于观察，将极板做了半尺寸的演示，在实际使用中，极板是完整的全尺寸板。电池盒1还包括端子14，用于与极板连接。在壳体11的上表面，开设有出气口15，用于排出在使用过程中产生的氢气和氧气。
34.正极板12和负极板13交错排列，间隔均匀，相互平行。在壳体11的底面上设有向上方凸起的极群支撑条16。多条极群支撑条16相互平行，对极板起到支撑和固位的作用，极群支撑条16的延伸方向与极板的延伸方向在水平方向互相垂直。
35.与现有技术不同，本发明对导气装置2做了不同的设计，导气装置2连接有冷气提供装置3，使得进入的气体不是普通的空气，而是低温气体。冷气提供装置3可以采用现有技术中的不同实施方式，如压缩机、冷却机。在本实施例中，采用的是现有技术中的涡流杆，具体的，如图2所示，压缩气流从进气管31进入，被涡流杆内部结构降温后，热空气从热排气管32中排出，冷空气流入冷出气管33。
36.为了更好地将冷气导入壳体11内，冷出气管33的外层设有降温覆盖层5。降温覆盖层5可以采用铝箔橡塑保温管，也可采用聚氨酯泡沫塑料保温材料、酚醛泡沫塑料保温、橡塑保温材料等。
37.在本实施例中，冷出气管33设置为一个，通过分头与导气装置2的多个下沉管21连接。下沉管21位于壳体11内腔中，在竖直方向上延伸。下沉管21为多个，贴边设置，具体布置在负极板13与壳体11侧壁之间的间隙处。这样的方式使得整个结构更为紧凑，无需额外增加电池盒1的尺寸。
38.每个下沉管21的末端都连接有一个排气底管22，排气底管22在壳体11的内腔的底部在水平方向延伸，且延伸方向与极板的延伸方向在水平面平行。排气底管22的表面布设有多个均匀分布的排气微孔。冷气通过这些排气微孔进入到壳体11内腔中的电解液中，且
自下而上地向上移动，搅动电解液。
39.这样的设计方式，一方面，实现了电解液的扰动，避免电解液酸分层问题的发生。另一方面，冷气进入，与电解液热交换，降低了电解液的温度。电解液温度下降后，能降低电池使用过程中的电极栅腐蚀的情况，从而改善蓄电池的工作环境，延长了铅酸蓄电池的工作寿命。
40.在本实施例中，排气底管22采用纳米有机管，其上遍布排气微孔，排气微孔的直径均小于等于200微米，这使得排出的气泡口径小。由于气泡极细小，上升速度缓慢，更充分的与电解液热交换，降温效果好。
41.壳体11内腔中，正极板12和负极板13交错布置，负极板13要比正极板12多一个，最外两侧的极板均为负极板。排气底管22布置在极板下方，布置在壳体11内腔水平方向的中部区域，而两侧区域不布置。在本实施例中，如图3所示，最两侧的2个负极板下方不布置排气底管22，而中间3个负极板下方布置排气底管22。这是由于在电池使用过程中，往往中间的温度高于两侧，故一方面，对中部温度高的区域可以更充分的冷却降温；另一方面，由于温差的缘故，本身会产生中间的液体向上，两侧的液体向下的液体环流趋势，中部布置排气底管22排出上升气体可以促进这一运动趋势，从而更好的实现液体环流，加强液体搅动效果，进一步抗分层。
42.实施例2，在实施例1的基础上，增加了温度传感器4的设计。温度传感器4为两个，分别是进气传感器41和电解液温度传感器42。前者安装在冷出气管33处，用于检测进入壳体11的冷却气体的温度，后者安装在壳体11内腔中，用于检测电解液的温度。
43.这是由于电解液的温度若过高，会产生上文所述的电极板栅腐蚀加剧的情况和充电效率降低的问题，但温度若过低，硫酸铅在硫酸电解质中的溶解度也会随着温度的降低而下降，电解液中离子活度下降，也会产生电池的放电容量下降和充电效率降低的问题。申请人通过试验，确定最佳使用温度为20℃~30℃，通过温度传感器4的数据，调整冷气进入的流量、速度，从而可以实现将电解液的温度调整在用户指定的温度范围内。

技术特征：
1.一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，包含壳体（11）和用于向所述壳体（11）内腔中通气的导气装置（2），所述壳体（11）的内腔中安装有多个正极板（12）和负极板（13），其特征在于：还包含与所述导气装置（2）连接，且用于向所述导气装置（2）提供冷气的冷气提供装置（3），所述导气装置（2）包含位于所述壳体（11）内腔底部位置的排气底管（22），所述排气底管上开设有排气微孔。2.根据权利要求1所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述导气装置（2）包含下沉管（21），所述下沉管（21）在竖直方向延伸，位于所述壳体（11）内腔一侧的侧壁位置，所述下沉管（21）一端与所述冷气提供装置（3）连接，另一端与所述排气底管（22）连接。3.根据权利要求2所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述下沉管（21）和所述排气底管（22）均为多个，间隔均匀设置，所述下沉管（21）布置在所述负极板（13）与所述壳体（11）侧壁的间隙位置处。4.根据权利要求3所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述排气底管（22）排布在所述壳体（11）内腔底部的居中位置。5.根据权利要求4所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：每个所述排气底管（22）排布在对应的所述负极板（13）的正下方，所述排气底管（22）的延伸方向与所述负极板（13）的延伸方向在水平方向平行，最两侧的所述负极板（13）下方不铺设所述排气底管（22）。6.根据权利要求1所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述排气微孔的直径小于等于200微米。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述冷气提供装置（3）包含涡流杆，所述涡流杆包含进气管（31）、热排气管（32）和冷出气管（33），所述冷出气管（33）和所述导气装置（2）连接。8.根据权利要求7所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述冷出气管（33）外层设有降温覆盖层（5）。9.根据权利要求7所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述冷出气管（33）上设有用于检测冷气温度的进气传感器（41）。10.根据权利要求8所述的一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，其特征在于：所述壳体（11）内腔中设有用于检测电解液温度的电解液温度传感器。11.一种铅酸蓄电池，其特征在于：包含如权利要求1-10任意一项所述的适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，该种铅酸蓄电池还包含端子（14），两个所述端子（14）分别与所述正极板（12）和所述负极板（13）连接，该种铅酸蓄电池还包含出气口（15）。12.根据权利要求11所述的一种铅酸蓄电池，其特征在于：在所述壳体（11）内腔的底面上设有用于支撑所述正极板（12）和所述负极板（13），且向上方凸起的极群支撑条（16）。13.根据权利要求12所述的一种铅酸蓄电池，其特征在于：所述极群支撑条（16）为多个，间隔均匀排布，所述极群支撑条（16）的水平延伸方向与所述正极板（12）或所述负极板（13）的水平延伸方向垂直。

技术总结
本发明涉及电池生产领域，具体涉及铅酸蓄电池的抗分层设计。本发明是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置，包含壳体和用于向所述壳体内腔中通气的导气装置，所述壳体的内腔中安装有多个正极板和负极板，还包含与所述导气装置连接，且用于向所述导气装置提供冷气的冷气提供装置，所述导气装置包含位于所述壳体内腔底部位置的排气底管，所述排气底管上开设有排气微孔。本发明的目的是提供一种适用于铅酸蓄电池的抗分层优化装置和铅酸蓄电池，不仅能解决蓄电池的酸分层问题，且同时能降低电池使用过程中的电极栅腐蚀的情况，从而改善蓄电池的工作环境，延长了铅酸蓄电池的工作寿命。延长了铅酸蓄电池的工作寿命。延长了铅酸蓄电池的工作寿命。


技术研发人员：陈驰 赵纪军 周柏帧
受保护的技术使用者：长兴太湖能谷科技有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/8/21