Корпус аккумулятора, предназначенный для сборки аккумуляторной батареи, и способ сборки аккумуляторной батареи

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству и сборке аккумуляторных батарей. Техническим результатом предложенного изобретения является создание конструкции корпуса аккумулятора, которая обеспечивает соединение неограниченного числа соединяемых аккумуляторов при обеспечении надежной электроизоляции, предотвращающей утечку тока, и терморегуляции отдельных элементов. Корпус аккумулятора выполнен в виде единой детали, сформованной из полимерного материала, у которого на одной из пар противоположных боковых стенок выполнена пара вертикальных соединительных ребер-направляющих или пазов, а на другой боковой стенке, соответственно, другая пара вертикальных соединительных ребер-направляющих или пазов, дополняющих по форме первые, и расположенных таким образом, что, вставленные друг в друга, они позволяют осуществить разъемное соединение корпусов, при этом размеры ребер или пазов подобраны так, что они обеспечивают при их соединении воздушный зазор между отдельными корпусами аккумулятора в батарее не менее 4 мм, при этом на днище корпуса установлены ножки-опоры. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве и сборке аккумуляторных батарей.

Известны множество различных типов аккумуляторов, имеющих корпуса, характеризующиеся множеством конфигураций, в частности известно применение для аккумуляторов пластмассовых корпусов, обеспечивающих возможность изготовления прямоугольных корпусов с рациональным использованием пространства.

Для сочленения аккумуляторов в батарею или блоки батарей традиционно используются специальные штатные контейнеры, моноблоки и чехлы.

Известны свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, выпускаемые ЗАО "Северо-западная аккумуляторная компания", представляющие собой электрически соединенные между собой аккумуляторы, размещенные в едином залитом пластмассовом корпусе (проспект СЗАК "Оживи свою машину", Вологда, ул. Саммера, 70).

Известны никель-кадмиевая батарея, выпускаемая Уральским электрохимическим комбинатом (проспект УЭХК, Новоуральск, Свердловской обл., ул. Дзержинского, 2), где батарея собрана в прямоугольном металлическом контейнере или щелочная никель-кадмиевая батарея ОАО "Завод автономных источников тока" (проспект компании, Саратов, ул. Орджоникидзе, 11), где аккумуляторы собраны в батарею посредством металлических хомутов, стягивающих блоки сверху и снизу.

Различными модификациями подобных соединений пользуются при изготовлении аккумуляторных батарей и зарубежные компании Nife, Saab (Швеция), Ferak (Чехия-Франция), SAFT (Франция), Krusek (Югославия) и др.

Аккумуляторная батарея, представляющая собой контейнер, в котором размещены отдельные аккумуляторы, описана в а.с. SU 1279466, Н 01 М 2/10, 1985.

Известна сборка батареи в виде набора аккумуляторов, вертикально укрепленных с помощью специального соединительного блока, одновременно выполняющего роль опоры и электрического соединения, и обеспечивающего быструю замену отдельных аккумуляторов (международная заявка PCT/US 00/28185, WО 01/28009, Н 01 М 2/10).

Известна сборка аккумуляторных батарей по международной заявке PCT/US 98/11004 (WO 98/56054, Н 01 М 2/10), где отдельные аккумуляторы устанавливаются в вертикальном модуле на выдвижных поддонах, установленных на направляющих, ряд за рядом, аналогичное решение предложено в международной заявке PCT/US 99/27135 (WО 00/30190, H 01 M 2/10).

Кроме того, известна ячеистая пластиковая рама для аккумуляторной батареи, в которую с зазором устанавливаются отдельные аккумуляторы (патент US 3956012, H 01 M 35/08, 1976) и использование теплопроводящей прокладки между элементами батареи (PCT/JP 99/06671, WО 00/33398, H 01 M 2/10).

Каждая из известных конструкций обладает своими недостатками. Так моноблоки из нескольких аккумуляторов сложны в изготовлении, неремонтопригодны (при выходе из строя одного из аккумуляторов приходится заменять целый блок) и нашли применение только в небольших по емкости и напряжению аккумуляторных батареях. Специальные контейнеры сложны по конструкции, дорогостоящи и трудоемки при изготовлении и использовании (например, для одной тепловозной батареи требуется до 1230 деталей).

Кроме того, используемые для их изготовления металлические конструкции создают интенсивные утечки электрического тока на корпус агрегата, в котором используется батарея (тепловоза, машины и т.д.), что приводит к образованию хаотических электрических цепей, и неравномерной зарядке или разрядке отдельных аккумуляторов батареи, когда часть аккумуляторов сильно перезаряжается и греется, а другая не дозаряжается. Работая в таком режиме, батарея быстро выходит из строя. Кроме того, контейнеры имеют большую массу и габариты.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание такой конструкции корпуса аккумулятора, которая при сборке отдельных аккумуляторов позволила бы отказаться от дополнительных конструкций, скрепляющих отдельные аккумуляторы, и получить батарею более простой конструкции с меньшей массой и габаритами, при неограниченном числе соединяемых аккумуляторов, и обеспечивающей надежную изоляцию аккумуляторов, предотвращающую утечки тока из-за образования хаотических электрических цепей, что, в свою очередь, приводит к увеличению срока службы и надежности батареи.

Наиболее близким, по мнению заявителя, по совокупности существенных признаков и назначению является контейнер для батареи щелочных аккумуляторов, используемой на транспортных средствах (патент РФ 2129322, Н 01 М 2/10, 1999). Корпус контейнера выполнен в виде единой детали из полимерной композиции и включает днище и боковые, в том числе и торцевые, стенки.

Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемой конструкции на боковых стенках корпуса выполнены как единое целое с корпусом соединительные элементы в виде вертикальных ребер-направляющих на одной из стенок, и дополняющих их по форме ребер или пазов, на противоположной стенке корпуса. Взаимное расположение ребер на боковых стенках должно быть таково, что вставленные друг в друга при сборке двух соседних корпусов образовывалось разъемное боковое соединение корпусов, образующих ряд в батарее, которое удерживало бы аккумуляторы от взаимного перемещения в любую сторону в горизонтальной плоскости. Взаимное расположение ребер на торцевых стенках должно обеспечивать возможность, при необходимости, соединять ряды аккумуляторов, собранных в батареи, в блоки батарей.

Размеры соединительных элементов (выступ ребра или глубина паза) подобраны таким образом, чтобы соединение имело скользящую посадку и при этом обеспечивался достаточный зазор для отвода тепла и электроизоляции между боковыми стенками соседних корпусов в батарее или между рядами батарей в блоке. На днище корпуса предусмотрены ножки-опоры, конструкция которых, с одной стороны, обеспечивает зазор, улучшающий диэлектрические свойства корпуса, и циркуляцию воздуха под днищами аккумуляторов, а с другой создает поверхности, наиболее удобные для установки фиксирующих элементов, препятствующих перемещению корпусов аккумуляторов по вертикали.

Боковые соединительные элементы могут быть выполнены в виде ребер, выступов или пазов различной конфигурации: квадратной, округлой и других более сложных форм. Но одной из предпочтительных конфигураций выполнения с точки зрения надежности соединения является выполнение ребер в форме параллелограммов, обеспечивающих соединение в виде "ласточкиного хвоста".

Допускаются различные варианты вертикального расположения соединительных элементов, их количество, расположение и протяженность на плоскостях боковых и торцевых стенок. Однако предпочтительным является вариант размещения четырех коротких ребер-направляющих в форме параллелограммов с наклоном к центру в углах одной из боковых или боковых и торцевых стенок корпуса (нижние направляющие находятся над ножками-опорами), и соответствующее расположение повторяющих их по форме ребер с зеркальным расположением и наклоном от центра на противоположных стенках. Минимальная длина ребер определяется, исходя из условия надежности соединения, и зависит, в частности, от размеров и веса отдельного аккумулятора.

Этот вариант обеспечивает надежное соединение при облегченной конструкции. Скользящая посадка и выбранные размеры боковых соединительных элементов обеспечивает зазор между отдельными аккумуляторами в батарее и рядами батарей в блоке, обеспечивая циркуляцию воздуха и охлаждение каждого из отдельных аккумуляторов, а также легкость замены каждого из них в батарее или блоке, тем самым, делая батарею ремонтопригодной и надежной в работе.

Вертикальная фиксация корпусов может осуществляться с помощью различных фиксирующих элементов, например скоб, вставленных в технологические отверстия на корпусе или даже крышке аккумулятора. Но наиболее удобным и технологичным местом расположения вертикальных фиксирующих элементов являются ножки-опоры корпуса. В частности, в центре каждой ножки-опоры может быть выполнено отверстие, а в качестве фиксирующих элементов могут быть использованы болты, шплинты и т.д., попарно связывающие ножки двух соединенных аккумуляторов. Фиксация также может быть осуществлена, например, с помощью скоб, надетых на дополнительные выступы, предусмотренные на ножках. Однако предпочтительным вариантом является использование в качестве фиксирующего элемента, по крайней мере, одного стержня, проходящего через ряд отверстий в ножках соединенных корпусов.

Соединение объемов с помощью соединительных элементов типа "ласточкин хвост" для создания единого жесткого узла известно из уровня техники (см., например, патент РФ 2155682, 1998, В 06 Р 3/24 или заявку РФ 96122491 по международной заявке PCT/ES 96/00028, B 65 D 21/028). Однако ни в одном из известных решений не объединялись задачи не только соединения объемов между собой, но и создания при этом условий, при которых улучшаются электроизоляционные свойства и условия теплообмена, которые в свою очередь изменяют потребительские характеристики устройства в целом. Не предъявлялись требования к обеспечению определенного зазора между соединяемыми объемами, а также требования к обеспечению скользящей посадки, обеспечивающей легкость разъема объемов между собой.

Для пояснения технической сущности заявляемого изобретения прилагаются следующие графические материалы.

На фиг. 1 изображены три проекции корпуса аккумулятора, соединительные элементы которого выполнены в виде "ласточкиного хвоста".

На фиг.2 изображена предпочтительная схема собранной аккумуляторной батареи.

На фиг.3 и 4 показаны варианты установки фиксирующих элементов.

На фиг.5 показан блок батарей.

Корпус аккумулятора 1, выполненный преимущественно из полимерной композиции в виде параллелепипеда имеет боковые стенки 2 и 3 и торцевые стенки 4 и 5 и днище 6. В углах боковой стенки 2 расположены две пары ребер 7, образующие паз 8, а на боковой стенке 3 ребра 9, дополняющие по форме ребра 7. Аналогичные ребра 10 и 11 могут быть выполнены на торцевых стенках 4 и 5. На днище корпуса 6 выполнены ножки-опоры 12, в середине которых могут быть расположены отверстия 13 или выступы 14, предназначенные для взаимной фиксации корпусов в вертикальном направлении с помощью фиксирующих элементов 15, например стержня 16. Размеры соединительных элементов подобраны таким образом, чтобы обеспечивать при их соединении зазор 17, не менее 4 мм.

Весь массив корпуса отливается как единое целое, например, из полипропилена.

Сборка батареи осуществляется следующим образом.

Два корпуса соединяются своими боковыми сторонами, введением соответствующих ребер 9 стенки 3 в паз 8, образованный ребрами 7 стенки 2. Размеры элементов подобраны таким образом, чтобы обеспечить скользящую посадку (без натяга) выступов-направляющих с зазором. Число соединяемых корпусов не ограничено и производится аналогичным образом. После бокового соединения производится фиксация отдельных корпусов в вертикальном направлении с помощью фиксирующих элементов 15. Корпуса могут быть соединены попарно с помощью болтов, шпилек и т. д. (см фиг.3 и 4), но в предпочтительном варианте все корпуса могут быть зафиксированы с помощью пары стержней 16, насквозь продетых через отверстия 13 в ножках 12, собранных в батарею корпусов. При соединении аккумуляторов в блок батарей сборка происходит аналогичным способом с использованием соединительных ребер 10 и 11 на торцевых стенках 4 и 5 (фиг.5).

Применение предлагаемого корпуса аккумулятора и способа сборки аккумуляторной батареи позволит отказаться от использования каких-либо металлических конструкций в виде стягивающих хомутов или контейнеров, при формировании аккумуляторной батареи, а при необходимости легко собрать и блок батарей. Значительно улучшит электроизоляционные качества аккумуляторной батареи и позволит обеспечить терморегуляцию аккумуляторов, при сокращении общей массы и габаритов батареи или блока.

Формула изобретения

1. Корпус аккумулятора, предназначенный для сборки аккумуляторной батареи, изготовленный в виде единой детали из полимерной композиции в форме прямоугольного параллелепипеда, ограниченного боковыми стенками и днищем, отличающийся тем, что, по крайней мере, на одной из пары противоположных боковых стенок корпуса выполнена, по крайней мере, пара вертикальных соединительных ребер-направляющих или пазов, а на другой боковой стенке соответственно другая пара вертикальных соединительных ребер-направляющих или пазов, дополняющих по форме первые и расположенных таким образом, что вставленные друг в друга они позволят при сборке корпусов аккумулятора осуществить разъемное соединение корпусов, при этом размеры ребер или пазов подобраны таким образом, что они обеспечивают при их соединении зазор между отдельными корпусами аккумулятора в батарее, а на днище корпуса установлены ножки-опоры.

2. Корпус аккумулятора по п.1, отличающийся тем, что соединительные вертикальные ребра-направляющие или пазы выполнены только на одной паре боковых стенок корпуса.

3. Корпус аккумулятора по п.1, отличающийся тем, что пара вертикальных ребер-направляющих имеют форму ласточкина хвоста и расположены в углах одной из боковых стенок, а дополняющая их по форме в зеркальном отражении другая пара вертикальных ребер-направляющих или пазов расположена на противоположной боковой стенке другого корпуса таким образом, что их соединение обеспечивает боковую фиксацию корпусов.

4. Корпус аккумулятора по п.1, отличающийся тем, что в ножках-опорах выполнены сквозные отверстия для обеспечения вертикальной фиксации.

5. Корпус аккумулятора по п.1, отличающийся тем, что для вертикальной фиксации на ножках-опорах выполнены выступы.

6. Способ сборки аккумуляторной батареи, включающий взаимную вертикальную и горизонтальную фиксацию корпусов отдельных аккумуляторов, электрически связанных межэлементными соединениями, отличающийся тем, что горизонтальная фиксация корпусов отдельных аккумуляторов осуществляется с помощью, по крайней мере, двух вертикальных ребер-направляющих или пазов и повторяющих их по форме вертикальных ребер-паправляющих или пазов, расположенных соответственно на боковой стенке соседнего корпуса, выполненных таким образом, что вставленные друг в друга, они позволяют осуществить разъемное соединение корпусов и обеспечить зазор между боковыми стенками корпусов, а вертикальная фиксация осуществляется через ножки-опоры, расположенные на днище корпуса.

7. Способ сборки аккумуляторной батареи по п.6, отличающийся тем, что вертикальная фиксация корпусов осуществляется фиксирующим элементом в виде стержня, проходящего сквозь отверстия в ножках-опорах корпусов.

8. Способ сборки аккумуляторной батареи по п.6, отличающийся тем, что зазор между боковыми стенками отдельных аккумуляторов составляет не менее 4 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5