БАТАРЕЯ Российский патент 2014 года по МПК H01M2/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к батареям (например, свинцово-кислотным аккумуляторным батареям), применяемым на автотранспорте, в торговле, промышленности, на водном транспорте для запуска, воспламенения, зажигания, а также в других областях. Более конкретно, раскрыты батареи и внутренние электрические соединения в батареях.

Уровень техники

Известны батареи, в которых имеется группа элементов батареи, выполненных в виде спирали (то есть подобных рулону или рулету), применяемые для запуска двигателей, воспламенения, зажигания и других целей. Такие ранее известные типы батарей обычно могут быть реализованы в разных формах и конструкциях. В батареях с группой спиральных элементов эти элементы соединяются последовательно проводящими межэлементными соединениями или перемычками, требующими дополнительных затрат материалов и, кроме того, увеличивающими массу батарей. Однако в этих ранее известных батареях не реализованы некоторые полезные признаки и/или комбинации признаков.

Раскрытие изобретения

Данное изобретение относится к батарее, которая может включать шесть элементов, расположенных в два ряда по три элемента в каждом и по разные стороны от разделительной линии и электрически соединенных последовательно пятью перемычками, при этом не более двух перемычек могут быть установлены с возможностью пересечения разделительной линии.

Батарея может дополнительно включать первую клемму, электрически соединенную с первым крайним элементом из последовательно электрически соединенных элементов, и вторую клемму батареи, электрически соединенную со вторым крайним элементом из последовательно электрически соединенных элементов, при этом первая и вторая клеммы расположены по одну сторону от разделительной линии.

Также батарея может дополнительно включать корпус, снабженный крышкой, в котором установлены указанные элементы и перемычки, при этом клеммы могут быть расположены в непосредственной близости от углов крышки.

Перемычки могут быть литыми.

Данное изобретение также относится к варианту батареи, которая может включать группу перемычек, первый ряд элементов, состоящий из трех элементов, соединенных последовательно посредством первой и второй перемычек группы, второй ряд элементов, состоящий из трех элементов, первый и второй элементы которого электрически соединены третьей перемычкой, при этом четвертая перемычка электрически соединяет первый или второй элемент второго ряда с элементом первого ряда, пятая перемычка электрически соединяет третий элемент второго ряда с элементом первого ряда, а элементы электрически соединены перемычками последовательно.

Батарея может также включать переднюю и заднюю стороны, выполненные с длиной, приблизительно равной ширине трех элементов, и две боковые стороны, выполненные с шириной, приблизительно равной ширине двух элементов, первую клемму, расположенную в непосредственной близости от первого угла батареи, и вторую клемму, расположенную в непосредственной близости от второго угла батареи, при этом первый и второй углы являются ближайшими к одной и той же стороне.

Перемычки могут быть литыми.

Эти и другие признаки/особенности и преимущества различных вариантов устройства, соответствующие данному изобретению, описаны в следующем далее подробном описании различных вариантов осуществления различных устройств, структур и/или способов и будут очевидны из этого описания.

Краткое описание чертежей

Различные варианты осуществления устройств, соответствующие данному раскрытию изобретения, будут описаны подробно со ссылками на следующие чертежи.

На фиг.1 представлено изометрическое изображение транспортного средства, включающего аккумуляторную батарею, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг.2 представлено изометрическое изображение в разрезе части батареи, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

На фиг.3 представлено изометрическое изображение при удаленной крышке батареи, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг.4 представлен вид сверху при удаленной крышке батареи, в соответствии с предшествующим уровнем техники.

На фиг.5 представлен вид сверху литых перемычек, показанных на фиг.4.

На фиг.6 представлен вид сверху при удаленной крышке батареи, соответствующей варианту осуществления изобретения.

На фиг.7 представлен вид сверху литых перемычек, показанных на фиг.6.

Следует иметь в виду, что чертежи не обязательно выполнены с соблюдением масштаба. В некоторых случаях детали, которые не нужны для понимания изобретения или затрудняют восприятие, могут быть опущены. Должно быть ясно, разумеется, что изобретение не обязательно ограничено конкретными вариантами, показанными здесь.

Осуществление изобретения

Данное раскрытие изобретения будет способствовать улучшению эксплуатационных показателей батареи и/или снижению веса и стоимости. Данное раскрытие относится к способам и устройствам для последовательного соединения элементов батареи посредством перемычек, позволяющих уменьшить общие размеры и электрическое сопротивление по сравнению с перемычками, используемыми обычно в батареях. Перемычки и их форма, соответствующие различным вариантам осуществления изобретения, обеспечивают электрическую цепь с улучшенными эксплуатационными показателями и/или позволяют уменьшить затраты материалов по сравнению с обычными перемычками.

Обратимся к фиг.1, где показано транспортное средство 130, в котором имеется аккумуляторная батарея 100, соответствующая варианту осуществления изобретения. Хотя транспортное средство 130 представлено автомобилем, в соответствии с различными альтернативным вариантами, транспортное средство может быть любого типа из широкого класса, включающего, среди прочего, мотоциклы, автобусы, жилые трейлеры, моторные лодки и т.п. В соответствии с вариантом осуществления, на транспортном средстве 130 для движения используется двигатель внутреннего сгорания.

Батарея 100, показанная на фиг.1, включает средства, обеспечивающие по крайней мере часть мощности, требуемой для запуска или работы транспортного средства 100 и/или его различных систем (например, запуска, воспламенения и зажигания). Кроме того, должно быть ясно, что батарея 100 может использоваться в ряде областей применения, не относящихся к транспортным средствам 130, и данное раскрытие имеет целью охватить все такие области применения.

Батарея может представлять собой перезаряжаемую батарею любого типа (например, аккумуляторную батарею). В соответствии с вариантом осуществления изобретения, батарея 100 может быть свинцово-кислотной батареей. Другие различные варианты свинцово-кислотных батарей могут быть как герметичными (например, необслуживаемыми), так и негерметичными (например, жидкостными).

Батарея 100, соответствующая варианту осуществления изобретения, показана на фиг.2. В различных вариантах осуществления изобретения батарея 100 включает крышку 102 и корпус 101, один или группу элементов 110 батареи, группу перемычек 106 и клеммы 103-104 батареи. В различных вариантах осуществления каждый элемент 110 батареи содержит отрицательный электрод, положительный электрод и разделитель спиральной формы (например, в виде рулона). Элементы батареи электрически соединены последовательно перемычками 106, а клеммы 103-104 батареи электрически соединены с элементами, являющимися крайними в ряду, при последовательном соединении.

Батарея 100 без крышки, соответствующая варианту осуществления изобретения, показана на фиг.3. В различных вариантах батарея 100 содержит группу элементов 111-116 батареи, установленных в отделениях, определяемых корпусом 101. Приведенные здесь варианты относятся к транспортному средству, к случаям, в которых шесть спиральных элементов используются для создания стандартной автомобильной аккумуляторной батареи с напряжением 12 вольт. Специалистам в данной области будет ясно, что размеры и число элементов, входящих в батарею, могут широко варьироваться в зависимости от желательного конечного применения.

В различных вариантах корпус 101 включает группу корпусов или отделений, ограниченных одной или группой стенок. Хотя на чертежах всюду показан корпус, включающий шесть отделений, в других вариантах осуществления число отделений может варьироваться. Хотя на чертежах всюду показаны отделения, расположенные симметрично, должно быть ясно, что отделения могут располагаться другим образом (например, со сдвигом или в шахматном порядке).

В различных вариантах каждое отделение выполнено, в общем, так, чтобы вмещать элемент 100 батареи. Элемент батареи может представлять собой спиральный элемент, который имеет отрицательный электрод, положительный электрод и разделитель, например пропитанный электролитом стекловатный мат, находящийся между положительным и отрицательным электродами. В различных вариантах электроды и разделитель уложены в спираль, или рулон, а отделение содержит кислоту (например, серную кислоту).

В соответствии с вариантом осуществления, каждое отделение имеет, в общем, цилиндрическую форму, однако, одно отделение или группа отделений могут иметь другую форму (например, форму усеченного конуса, верхнее и нижнее основания которого имеют различные диаметры, форму песочных часов и т.д.). Дно одного или группы отделений также может обладать некоторыми особенностями формы (такими как, "закрытые концы").

В различных вариантах корпус 101 включает также основание или дно. Согласно одному варианту осуществления, дно формируется вместе с корпусом 101. Согласно другому варианту осуществления, дно изготавливается отдельно и прикрепляется к корпусу.

На фиг.3 также показаны литые перемычки 121-125, которые имеют протяженную часть, длина которой достаточна для электрического соединения с каждым витком спирали (например, через выступы (не показаны), отходящие вверх от спирали). На фиг.2 также показаны отлитые с перемычками соединительные выступы для соединения с клеммой отрицательной полярности. В процессе литья расплавленный свинец отливается в форму, содержащую участки спиралей элемента батареи (например, выступы), с которыми свинец прочно скрепляется, когда охлаждается и затвердевает.

В различных вариантах группа отдельных электрохимических элементов 111-116 размещается в отделениях батареи 100. В различных вариантах предпочтительно, чтобы элементы 111-116 имели, в общем, цилиндрическую форму. В различных вариантах элементы 111-116 и отделения для элементов расположены двумя параллельными, в общем, рядами, содержащими по три элемента 111-116, которые электрически соединены последовательно проводящими перемычками 121-125. Клеммы электрически соединены с элементами 111-116 батареи выводными пластинами 126-127. Предусмотрены выемки в верхних частях отделений, позволяющие размещать перемычки 121-125 ниже верхнего края корпуса.

На фиг.4 показана часть батареи 200, соответствующая предшествующему уровню техники и содержащая шесть элементов 211-216, пять перемычек 221-225, клеммы 203 и 204. На фиг.5 показаны перемычки 221-225 батареи, представленной на фиг.4, а также выводные пластины 226 и 227. Размеры, форма и расположение перемычек 221-225 вместе и по отдельности влияют на соотношение между стоимостью и эксплуатационными показателями батареи 200. Стоимость материалов, включая материал перемычек 221-225, составляет существенную часть стоимости батареи. Перемычки 221-225 также вносят вклад в вес батареи 200. Перемычки 221-225 составляют часть внутреннего пути электрического тока. Полная длина пути влияет на общее сопротивление и, следовательно, на эксплуатационные показатели батареи 200. Поэтому выгодно уменьшение размеров и веса перемычек 221-225.

На фиг.6 показаны взятая в качестве варианта конструкция перемычек 121-125, выводные пластины 126-127, отделения для элементов батареи и элементы 111-116 батареи. На фиг.7 показаны перемычки 121-125 батареи, представленной на фиг.6. Как показано на фиг.6, первая перемычка 121 электрически соединяет первый элемент 111 со вторым элементом 112, вторая перемычка 122 электрически соединяет второй элемент 112 с третьим элементом 113, третья перемычка 123 электрически соединяет третий элемент 113 с четвертым элементом 114, четвертая перемычка 124 электрически соединяет четвертый элемент 114 с пятым элементом 115 и пятая перемычка 125 электрически соединяет пятый элемент 115 с шестым элементом 116. В различных вариантах первая выводная пластина 126 электрически соединяет вывод первой клеммы 126 с первым элементом 111 и вторая выводная пластина 127 электрически соединяет вывод второй клеммы с шестым элементом 116.

Перемычки 121-125 и выводные пластины 126-127 могут применяться в любых конструкциях. Например, перемычки 121-125 могут электрически соединять шестой элемент 116 со вторым элементом 112, второй элемент 112 - с пятым элементом 115, пятый элемент 115 - с четвертым элементом 114, четвертый элемент 114 - с третьим элементом 113 и третий элемент 113 - с первым элементом 111.

Альтернативно, перемычки 121-125 могут соединять третий элемент 113 с четвертым элементом 114, четвертый элемент 114 - с первым элементом 111, первый элемент 111 - со вторым элементом 112, второй элемент 112 - с шестым элементом 116 и шестой элемент 116 - с пятым элементом 115.

В дополнительном альтернативном варианте перемычки 121-125 могут электрически соединять пятый элемент 115 с четвертым элементом 114, четвертый элемент 114 - с шестым элементом 116, шестой элемент 116 - со вторым элементом 112, второй элемент 112 - с первым элементом 111 и первый элемент 111 - с третьим элементом 113.

Благодаря последовательному электрическому соединению элементов 111-116 по такой или подобной схеме общий коэффициент полезного действия (КПД) батареи 100 увеличивается, а количество материала, необходимого для электрического соединения элементов 111-116, сокращается. В частности, в батарее (то есть при данной конструкции перемычек), показанной на фиг.6-7, используется по крайней мере на 13 процентов (приблизительно) меньше материала, чем в батарее (то есть при конструкции перемычек), показанной на фиг.4-5. Кроме того, батарея (с данной конструкцией перемычек), показанная на фиг.6-7, обеспечивает КПД, по крайней мере, на 25 процентов (приблизительно) больший, чем батарея (с конструкцией перемычек), показанная на фиг.4-5 (КПД измеряется по силе тока при холодном запуске).

В различных вариантах осуществления, как показано на фиг.6, батарея 100, включающая шесть элементов батареи, имеет симметричную схему расположения 2*3. В таких вариантах батарею можно представить как имеющую две секции, каждая из которых содержит по три элемента всей батареи (что показано на фиг.6 разделительной линией 105). В различных вариантах осуществления не более чем две из пяти перемычек 121-125 пересекают разделительную линию 105. Например, в варианте, показанном на фиг.6, разделительную линию 105 пересекают вторая перемычка 122 и пятая перемычка 125, но не пересекают первая перемычка 121, третья перемычка 123 и четвертая перемычка 124. В других вариантах осуществления изобретения, подобных описанным выше, перемычки, пересекающие или не пересекающие разделительную линию 105, могут быть другими, но не более чем две перемычки пересекают разделительную линию 105, согласно различным вариантам осуществления изобретения.

В различных вариантах осуществления, в которых шесть элементов расположены по схеме 2*3, например, в варианте, показанном на фиг.6, каждый элемент батареи примыкает под прямым углом к двум или трем другим элементам и примыкает по диагонали к одному или двум другим элементам (так, первый элемент 111 примыкает под прямым углом к элементу 112 и третьему элементу 113 и примыкает по диагонали к четвертому элементу 114; второй элемент 112 примыкает под прямым углом к первому элементу 111, четвертому элементу 114 и шестому элементу 116 и примыкает по диагонали к третьему элементу 113 и пятому элементу 115 и т.д.). В различных вариантах осуществления используются пять перемычек и четыре из них электрически соединяют примыкающие под прямым углом элементы, а одна перемычка электрически соединяет элементы, примыкающие друг к другу по диагонали. Например, в вариантах, показанных на фиг.6, вторая перемычка 122 электрически соединяет примыкающие друг к другу по диагонали второй элемент 112 и третий элемент 113, тогда как первая перемычка 111 электрически соединяет первый элемент 111 со вторым элементом 112, третья перемычка 113 электрически соединяет третий элемент 113 с четвертым элементом 114, четвертая перемычка 114 электрически соединяет четвертый элемент 114 с пятым элементом 115 и пятая перемычка 115 электрически соединяет пятый элемент 115 с шестым элементом 116. В различных других вариантах осуществления перемычки, отличные от второй перемычки 112, могут использоваться для электрического соединения примыкающих друг к другу по диагонали элементов.

В различных вариантах осуществления вывод первой клеммы 103 и вывод второй клеммы 104 отходят от верхней стороны крышки 102. В различных вариантах осуществления вывод первой клеммы 103 и вывод второй клеммы 104 отходят от верхней стороны крышки 102 и находятся, в общем, в непосредственной близости от краев крышки 102. В одном варианте осуществления вывод первой клеммы 103 и вывод второй клеммы 104 расположены в области, находящейся, в общем, в зоне пересечения передней или задней поверхности корпуса (обе клеммы 103 и 104 находятся в зоне одной и той поверхности) с одной или другой боковой поверхностью корпуса.

Различные компоненты батареи, корпуса батареи, крышки батареи и отделений корпуса могут быть изготовлены из материалов, принадлежащих широкому диапазону материалов, известных в данной области. Например, крышка, корпус и/или различные детали могут быть выполнены из любых полимерных материалов (например, полиэтилена, полипропилена, содержащих полипропилен материалов и т.д.) или композитов (например, усиленного стекловолокном полимера). Так, корпус может быть изготовлен из содержащего полипропилен материала (например, чистого полипропилена, сополимеров, включая полипропилен, полипропилен с добавками и т.д.). Такие полимерные материалы относительно стойки к разрушению под воздействием кислоты (например, серной кислоты), находящейся в отделениях корпуса. Выводы клемм, боковые клеммы и соединительные элементы могут быть изготовлены из одного или группы проводящих материалов (например, свинца или материала, содержащего свинец).

Перемычки 121-125 и выводные пластины 126-127 могут быть выполнены из одного или группы проводящих материалов (например, свинца или материала, содержащего свинец).

В различных вариантах корпус 101 имеет один или группу выступов и/или фланцев, предназначенных для прикрепления (например, способом термосклеивания) к крышке 102. Крышка 102 содержит одну или группу клемм 103 и/или 104, которые электрически соединены или соединены способом, обеспечивающим проводимость (например, припаяны) с выводными пластинами 126 и/или 127.

Для целей транспортировки и/или погрузочно-разгрузочных операций на корпусе 101 могут быть предусмотрены один или группа выступов, расположенных в верхней части каждой стороны корпуса. Батарея 100 может подниматься и/или переноситься, главным образом, с помощью этих выступов, а не крышки 102, что предотвращает повреждение изоляции между крышкой 102 и корпусом 101.

Для целей установки на корпусе могут также быть предусмотрены один или группа нижних опорных элементов, расположенных снизу корпуса на одной или обеих сторонах корпуса. Кроме того, может быть предусмотрено соединительное устройство, позволяющее поднять батарею и улучшить ее установку.

Используемые здесь термины "приблизительно", "в общем", "относительно" и другие подобные термины применяются в широком смысле, соответствующем общепринятому их пониманию специалистами средней квалификации в области, к которой относится данное изобретение. Специалистам в данной области, ознакомившимся с данным раскрытием, должно быть ясно, что указанные термины служат для того, чтобы некоторые признаки в описании и формуле изобретения не ограничивали определяемую признаками область какими-либо конкретными диапазонами величин. Таким образом, эти термины должны интерпретироваться как указания, что малозначительные или несущественные модификации объекта изобретения по сравнению с описанием и формулой изобретения должны рассматривается как не выводящие за пределы охватываемой изобретением области, как она сформулирована в прилагаемой формуле изобретения.

Следует отметить, что ссылки на взаимное положение (например, "верхний" и "нижний") в данном описании используются лишь для идентификации различных элементов в соответствии с их ориентацией на чертежах. Следует иметь в виду, что положение конкретных компонентов может значительно изменяться в зависимости от области применения.

Для целей данного раскрытия термин "соединение" и родственные ему означают соединение двух компонентов друг с другом как непосредственно, так и опосредованно. Такое соединение может по своему характеру быть неподвижным или подвижным. Такое соединение может представлять собой соединение двух компонентов или двух элементов и любых дополнительных промежуточных элементов, являющихся монолитными, друг с другом или с двумя компонентами или двумя элементами и любыми дополнительными промежуточными элементами, скрепленными друг с другом, и такое соединение может быть по своему характеру постоянным, съемным или разъемным.

Для целей данного раскрытия, термин "электрическое соединение" означает соединение двух элементов, непосредственное или опосредованное, таким способом, что обеспечивается электропроводность соединения между элементами. Такое электрическое соединение может по своему характеру быть постоянным или съемным, такое электрическое соединение может быть осуществлено между двумя элементами или двумя элементами и любыми дополнительными промежуточными элементами, являющимися монолитными, друг с другом или с двумя элементами или двумя элементами и любыми дополнительными промежуточными элементами, скрепленными друг с другом; такое электрическое соединение может быть по своему характеру постоянным, съемным или разъемным.

Важно отметить, что конструкция и расположение элементов системы, как они показаны и описаны в предпочтительных и других вариантах осуществления, являются лишь иллюстрирующими. Хотя в данном раскрытии подробно были описаны только несколько вариантов настоящего изобретения, специалист в данной области, ознакомившийся с настоящим раскрытием, легко поймет, что возможны многие модификаций (например, вариации по габаритам, размерам, структурам, формам и пропорциям различных элементов, значениям параметров, схемам размещения, применяемым материалам, цветам, ориентациям и т.д.), не являющиеся существенным выходом из круга новых идей и преимуществ, представленных объектом изобретения. Например, элементы, показанные как монолитные, могут быть изготовлены из нескольких компонент и/или элементы, показанные как состоящие из нескольких компонент, могут быть выполнены как монолитные, поверхности раздела могут иметь обратную полярность или функционировать по-иному, значения длины и/или ширины конструкции, элементов, соединений или других компонент системы могут быть изменены. Характер или число позиций, обеспечивающих пригонку элементов, могут изменяться, положение элементов может быть изменено на обратное или изменено иным образом, и число дискретных элементов, их свойства и положения могут варьироваться. Следует отметить, что элементы и/или узлы системы могут быть изготовлены из материалов, принадлежащих широкому кругу материалов, обеспечивающих достаточную прочность и долговечность; в широком диапазоне могут варьироваться цвета, текстуры и их сочетания. Соответственно, предполагается, что все подобные модификации охватываются данным изобретением. Могут быть изменены, модифицированы или исключены некоторые детали с целью применения предпочтительных и других вариантов изобретения к различным конструкциям, условиям эксплуатации и расположению, что не означает выхода из области, охватываемой данным изобретением.

Изобретение относится к аккумуляторным батареям, собираемым из элементов. Технический результат - улучшение эксплуатационных показателей батареи. Раскрываются батареи, применяемые в различных областях, в частности, для запуска, воспламенения, зажигания и других целей в транспортных средствах, например в автомобилях и на моторных лодках. Раскрываемая конструкция батареи включает ряд элементов батареи, соединенных последовательно рядом перемычек. Данное раскрытие описывает схему соединения элементов, применение которой позволяет уменьшить размеры и вес перемычек и увеличить коэффициент полезного действия батареи. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Батарея, включающая первый, второй и третий элементы, образующие первый ряд, четвертый, пятый и шестой элементы, образующие второй ряд, расположенный против первого ряда, и группу перемычек, первая из которых электрически соединяет первый и второй элементы, вторая из которых электрически соединяет второй и третий элементы, третья из которых электрически соединяет первый и пятый элементы, четвертая из которых электрически соединяет четвертый и пятый элементы, и пятая из которых электрически соединяет третий и шестой элементы, при этом элементы первого и второго ряда электрически соединены перемычками последовательно.

2. Батарея по п.1, которая включает переднюю и заднюю стороны, каждая из которых выполнена с длиной, приблизительно равной ширине трех элементов, и две боковые стороны, каждая из которых выполнена с шириной, приблизительно равной ширине двух элементов, первую клемму, расположенную в непосредственной близости от первого угла батареи, и вторую клемму, расположенную в непосредственной близости от второго угла батареи, при этом первый и второй углы являются ближайшими к одной и той же стороне.

3. Батарея по п.1, в которой перемычки являются литыми.

4. Батарея по п.2, в которой перемычки являются литыми.

5. Батарея по п.1, которая имеет разделительную линию, по обе стороны которой расположены первый ряд элементов и второй ряд элементов, при этом не более и не менее двух перемычек расположено пересекающими разделительную линию.

6. Батарея по п.1, которая имеет разделительную линию, по обе стороны которой расположены первый ряд элементов и второй ряд элементов, при этом третья и пятая перемычки из группы перемычек расположены пересекающими разделительную линию.