專利名稱：一種用于蓄電池的板柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電池的板柵，特別是，涉及一種用于鉛酸蓄電池的板柵。
背景技術(shù)：
板柵是鉛酸蓄電池的集電器，也用于支撐電極中的活性物質(zhì)，其決定了電池的大部分歐姆內(nèi)阻，而內(nèi)阻決定了鉛酸電池的功率特性以及產(chǎn)生的熱量，因此，具有良好結(jié)構(gòu)的板柵有利于減少內(nèi)阻，提高功率特性，并降低電池作業(yè)時產(chǎn)生的熱量，從而提高電池的循環(huán)使用壽命。目前，很多研究集中在改進鉛酸蓄電池板柵結(jié)構(gòu)方面，有幾種方法可以優(yōu)化板柵。一是優(yōu)化柵格面積(即橫筋和豎筋包圍形成的面積)，即增大離極耳較遠部分內(nèi)的柵格面積，減少靠近極耳部分的柵格面積。該方法實際上優(yōu)化的電極活性物質(zhì)的面積，而電池的歐姆內(nèi)阻基本由板柵的內(nèi)阻決定，所以起到的效果很有限。二是改變柵格的形狀，例如將長方形柵格改為圓形或其他形狀。該方法可以得到新的結(jié)構(gòu)，但是無法得到更優(yōu)化的設(shè)計。三是優(yōu)化筋條的寬度或截面面積，對電池板柵進行改進和優(yōu)化，從而得到具有良好性能的電池板柵。CN200680017715.1,CN200710107585.7，CN200810124602.2，CN200910024808.2 中
對柵格面積或柵格的形狀進行了優(yōu)化，其中主要是對板柵中橫筋和豎筋的排布形狀做了改進，比如排布成縱橫交錯的斜邊梯形、蜂窩狀等等，但由于鉛酸電池內(nèi)部的電流和電壓分布特性，除了上述這種結(jié)構(gòu)性的因素對其性能會有影響外，事實上，其尺寸的配比優(yōu)化對蓄電池的板柵性能也具有相當(dāng)大的影響。CN20107278 3Y中公開了一種蓄電池板柵結(jié)構(gòu)，本實用新型中通過將靠極耳越近地方的板柵框筋和豎筋設(shè)計成較粗的筋條結(jié)構(gòu)，板柵框筋的最大寬度C為最小寬度D的
1.2 1.5倍，豎筋的最大寬度A為最小寬度B的1.5 2倍。因此使得電池在使用過程中板柵傳導(dǎo)電流均勻，提高電池性能和循環(huán)使用壽命。事實上，影響板柵性能的因素眾多，本實用新型中的改進只是在現(xiàn)有的板柵局部結(jié)構(gòu)上做了較少部分的改進，并未能從根本上優(yōu)化板柵結(jié)構(gòu)。上述文獻在此全文引入以作參考。因此，本實用新型致力于對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷進行一處或多處改進，從實際應(yīng)用最廣的格子狀的板柵入手，利用計算流體力學(xué)(CFD)的方法來優(yōu)化其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的尺寸，全面研究了板柵的內(nèi)阻及壓降與橫筋、豎筋、框筋的尺寸、尺寸的變化規(guī)律以及橫筋和豎筋的排布等的關(guān)系，從而節(jié)省試驗周期和成本。在保障壽命和成本的情況下，優(yōu)化了性能及功率特性，并且降低發(fā)熱，從而得到最優(yōu)的電池板柵結(jié)構(gòu)和尺寸配比。另外，本實用新型的技術(shù)方案可以保持成本不變的情況下，相同的電池具有更好的功率特性，更低的發(fā)熱從而更長的壽命
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的最終目的在于，在不增加成本的前提下，通過優(yōu)化蓄電池中板柵的結(jié)構(gòu)來獲得具有改進的高容量、低電池內(nèi)阻即高功率特性和較長循環(huán)使用壽命的蓄電池。本發(fā)明人為了優(yōu)化板柵結(jié)構(gòu)，首先基于計算流體力學(xué)(CFD)模型和模擬方法來計算板柵內(nèi)的電勢損失和電流分布；然后比較使用等量的鉛和活性物質(zhì)的不同板柵設(shè)計，通過篩選找出優(yōu)化的板柵；選擇最大電勢損失和輸出電流作為評估設(shè)計的參數(shù)；然后將電勢損失低且輸出電流高的板柵作為候選；最后，比較各個不同板柵的最小截面面積以獲得最佳參數(shù)，從而在最大程度上延長蓄電池的使用壽命。上述目的可通過具有如下特征的板柵結(jié)構(gòu)來實現(xiàn):本實用新型中設(shè)計了一種用于蓄電池的板柵，包括極耳1、與極耳I相接的上邊框2、與上邊框2相對的下邊框6、與極耳I相鄰的左邊框5、與左邊框5相對的右邊框7以及橫豎交叉設(shè)置的若干個豎筋3和若干個橫筋4，其中，所述上邊框2、下邊框6和/或至少一個橫筋4的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向逐漸減小。 在上述的板柵中，進一步，所述左邊框5、右邊框7和/或至少一個豎筋3的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向可逐漸減小。在本實用新型中，優(yōu)選地，所述上邊框2、下邊框6和/或至少一個橫筋4的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向可呈線性或呈階梯性逐漸減小。同樣優(yōu)選地，所述左邊框
5、右邊框7和/或至少一個豎筋3的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向可呈線性或呈階梯性逐漸減小。另外，在本實用新型中，所述上邊框2的最大端部截面面積B與最小端部截面面積A之比可大于或等于下邊框6的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比；和/或所述左邊框5的最大端部截面面積D與最小端部截面面積C之比大于或等于右邊框7的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比。在本實用新型的實施方案中，所述上邊框2的最大端部截面面積B是其最小 端部截面面積A的1.5-3倍，所述左邊框5的最大端部截面面積D是其最小端部截面面積C的1.05-1.5倍。在上述的板柵結(jié)構(gòu)中包括了若干個橫筋，而所述橫筋的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比從上至下可相同或逐漸減小。而所述板柵中豎筋的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比從接近極耳到遠離極耳的方向也可相同或逐漸減小。其中，優(yōu)選地，與極耳I相鄰的板柵頂部橫筋的最大端部截面面積N與最小端部截面面積F的1.0-1.5倍，而與下邊框6相鄰的板柵底部橫筋的最大端部截面面積L是其最小端部截面面積E的
1.0-1.2倍。另外，優(yōu)選地，與極耳I相接或相鄰的豎筋的最大端部截面面積H是其最小端部截面面積G的4-7倍，而與右邊框7相鄰的豎筋的最大端部截面面積J是其最小端部截面面積P的1.5-3倍。在本實用新型的板柵結(jié)構(gòu)中，在同一垂直面上，所述橫筋中從接近極耳到遠離極耳的方向接近極耳的橫筋的截面面積大于或等于遠離極耳的橫筋的截面面積。優(yōu)選地，在同一垂直面上，位于所述板柵頂部與上邊框相鄰的橫筋的截面面積是位于所述板柵的底部與下邊框相鄰的橫筋的截面面積的1.1-1.5倍。另一方面，在同一水平面上，所述板柵中從接近極耳到遠離極耳的方向接近極耳的豎筋的截面面積大于或等于遠離極耳的豎筋的截面面積。在本實用新型中，也可將所述若干個橫筋劃分為至少兩個橫筋單元，每個橫筋單元由至少兩個橫筋組成，在同一垂直面上，所述橫筋單元中的每個橫筋的截面面積可相同或不同；優(yōu)選地，每個橫筋單元由至少三個橫筋組成。在上述筋單元中，優(yōu)選地，在同一垂直面上，所有橫筋的截面面積之和從上至下可相同或逐漸減小。更優(yōu)選地，在同一垂直面上，位于所述板柵頂部與上邊框相鄰的橫筋單元中所有橫筋的截面面積之和是位于所述板柵底部與下邊框相鄰的橫筋單元中所有橫筋的截面面積之和的1.0-1.5倍。在前述的本實用新型板柵結(jié)構(gòu)中，所述上邊框2、下邊框6、左邊框5、右邊框7、豎筋3和/或橫筋4的截面可以是任何形狀，例如圓形、橢圓形、矩形、正方形、三角形或六邊形，可由橫筋和豎筋所圍成的活性物質(zhì)空間形狀決定。本實用新型另一方面還提供了一種鉛酸蓄電池，它包括上述結(jié)構(gòu)的板柵。

圖1為本實用新型蓄電池的板柵示意圖。
具體實施方式
通過以下參考附圖的描述進一步詳細解釋本實用新型，但以下描述僅用于使本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠更加清楚地理解本實用新型的原理和精髓，并不意味著對本實用新型進行任何形式的限制。如圖1所示，本實用新型中設(shè)計了一種用于蓄電池的板柵，包括極耳1、與極耳I相接的上邊框2、與上邊框2相對的下邊框6、與極耳I相鄰的左邊框5、與左邊框5相對的右邊框7以及橫豎交叉設(shè)置的若干個豎筋3和若干個橫筋4，圖1中的八，8，(:，04，？，6，11，J，K，L，M，N，P為板柵不同部位的截面面積，其中，所述上邊框2、下邊框6和/或至少一個橫筋4的截面面積從左至右呈線性逐漸減小，并且所述左邊框5、右邊框7和/或至少一個豎筋3的截面面積從上至下呈線性逐漸減小。在此板柵結(jié) 構(gòu)中，上邊框2的最大端部截面面積B是其最小端部截面面積A的
1.5-3倍，左邊框5的最大端部截面面積D是其最小端部截面面積C的1.05-1.5倍。另外，在本實施方式的板柵結(jié)構(gòu)中，所述板柵中豎筋的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比從左至右逐漸減小。其中，與極耳I相接或相鄰的豎筋的最大端部截面面積H是其最小端部截面面積G的4-7倍，而與右邊框7相鄰的豎筋的最大端部截面面積J是其最小端部截面面積P的1.5-3倍。在本實用新型的另一個實施方式中，將所述若干個橫筋劃分為四個橫筋單元(1、
I1、III以及IV)，每個橫筋單元由三個橫筋組成，其中，E，K，M組成橫筋單元(I)，E，K，M的截面面積可以相同或不同，K也可以小于、等于或大于E ;在一個單元的內(nèi)部，即E，K，M具有不同的截面面積，這樣有助于更好的支撐活性物質(zhì)，延長使用壽命。在同一垂直面上，所述橫筋單元中的所有橫筋的截面面積之和從上至下呈線性逐漸減小。優(yōu)選地，所述板柵頂部橫筋單元(IV)中所有橫筋的截面面積之和是所述板柵底部橫筋單元(I)中所有橫筋的截面面積之和的1.0-1.5倍。實施例1在本實施例中，對美國EASTPENN公司的UNIGY — II蓄電池中的板柵結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，其中，上邊框2的最大端部截面面積B是其最小端部截面面積A的2倍，左邊框5的最大端部截面面積D是其最小端部截面面積C的1.18倍。下邊框6以及右邊框7的截面面積未作調(diào)整。另外，與極耳I相鄰的豎筋的最大截面面積H是最小截面面積G的5.875倍，并呈線性增加；與右邊框7相鄰的豎筋的最大端部截面面積J是其最小端部截面面積P的2.125倍，并呈線性增加；位于板柵的底部的橫筋具有最小截面面積，位于板柵的頂部的橫筋具有最大截面面積且為所述最小截面面積的1.2倍。實施例2在本實施例中，對實施例1中的板柵進一步進行了調(diào)整，將所述若干個橫筋劃分為四個橫筋單元(1、I1、III以及IV)，每個橫筋單元由三個橫筋組成，其中，E，K，M組成橫筋單元(I )，并且E，K，M的截面面積相同。在同一垂直面上，所述橫筋單元中的所有橫筋的截面面積之和從上至下呈線性逐漸減小，板柵頂部橫筋單元(IV)中所有橫筋的截面面積之和是所述板柵底部橫筋單元(I)中所有橫筋的截面面積之和的1.5倍。對比實施例在本對比實施例中使用的板柵是購自美國EASTPENN公司的UNIGY — II蓄電池中的板柵，該板柵的橫筋4截面面積相同，豎筋3部分的最大截面積為最小面積的1.5倍。測試?yán)铍姵卦诠ぷ鲿r，很難測量板柵上的電勢損失，因而本實用新型選用了計算流體力學(xué)模擬的方法對板柵上的電勢損失和輸出電流進行定量分析，測試結(jié)果見表I。另外，需要注意的是，實施例1、實施例2和對比實施例中板柵所需的鉛的量相同。在鉛酸電池中，電化學(xué)產(chǎn)生的電流首先在板柵上匯聚，然后從極耳位置處流出，板柵上電壓降的大小直接影響整個電池的輸出特性，板柵上的電勢損失越大，則整個電池的輸出電壓就越小，表I 數(shù)據(jù)為針對板柵上的總電流相同的情況，通過模擬的方法得到的不同設(shè)計的板柵所產(chǎn)生的電壓降，即當(dāng)極耳上總輸出電流為94.0A時，板柵上的最大電壓和最小電壓之差值。表I
測試對象__最大電勢損失(mV) 輸出電流(A)
對比實施例的板柵 80.7__940_
本實用新型實施例1 71.194.0
的板柵___本實用新型實施例1 69.394.0的板柵由表I可知，本實用新型實施例1和實施例2中的板柵的最大電勢損失小于參照板柵。參照板柵的最大電勢損失為80.7mV，本實用新型的板柵的最大電勢損失分別為71.7mV和69.3mV，也就是說，相同的輸出電流下，電勢損失下降了 10%以上。因此，本實用新型提供了一個優(yōu)化了的蓄電池板柵結(jié)構(gòu)，其在不增加成本和生產(chǎn)難度的情況下，可以實現(xiàn)較低的電勢損失和更高的輸出電流，并相應(yīng)地產(chǎn)生較低的熱量。本說明書所用的術(shù)語和表述方式僅被用作描述性、而非限制性的術(shù)語和表述方式，在使用這些術(shù)語和表述方式時無意將已表示和描述的特征或其組成部分的任何等同物排斥在外。盡管已表示和描述了本實用新型的幾個實施方式，但本實用新型不被限制為所描述的實施方式。相反，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到在不脫離本實用新型原則和精神的情況下可對這些實施方式進行任何變通和改進，本實用新型的保護范圍由所附的權(quán)利要求及其等同物所確定 。
權(quán)利要求1.一種用于蓄電池的板柵，包括極耳、與極耳相接的上邊框、與上邊框相對的下邊框、與極耳相鄰的左邊框、與左邊框相對的右邊框以及橫豎交叉設(shè)置的若干個豎筋和若干個橫筋，其特征在于，所述上邊框、下邊框和/或至少一個橫筋的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向逐漸減小。
2.如權(quán)利要求1所述的板柵，其中，所述左邊框、右邊框和/或至少一個豎筋的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向逐漸減小。
3.如權(quán)利要求1所述的板柵，其中，所述上邊框、下邊框和/或至少一個橫筋的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向呈線性或呈階梯性逐漸減小。
4.如權(quán)利要求2所述的板柵，其中，所述左邊框、右邊框和/或至少一個豎筋的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向呈線性或呈階梯性逐漸減小。
5.如權(quán)利要求1所述的板柵，其中，所述上邊框的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比大于或等于下邊框的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比。
6.如權(quán)利要求2所述的板柵，其中，所述左邊框的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比大于或等于右邊框的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比。
7.如權(quán)利要求2所述的板柵，其中，所述上邊框的最大端部截面面積是其最小端部截面面積的1.5-3倍，所述左邊框的最大端部截面面積是其最小端部截面面積的1.05-1.5倍。
8.如權(quán)利要求1所述的板柵， 其中，所述板柵中橫筋的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比從接近極耳到遠離極耳的方向相同或逐漸減小。
9.如權(quán)利要求2所述的板柵，其中，所述板柵中豎筋的最大端部截面面積與最小端部截面面積之比從接近極耳到遠離極耳的方向相同或逐漸減小。
10.如權(quán)利要求8所述的板柵，其中，與極耳相鄰的板柵頂部橫筋的最大端部截面面積與最小端部截面面積的1.0-1.5倍，而與下邊框相鄰的板柵底部橫筋的最大端部截面面積是其最小端部截面面積的1.0-1.2倍。
11.如權(quán)利要求9所述的板柵，其中，與極耳相接或相鄰的豎筋的最大端部截面面積是其最小端部截面面積的4-7倍，而與右邊框相鄰的豎筋的最大端部截面面積是其最小端部截面面積的1.5-3倍。
12.如權(quán)利要求1所述的板柵，其中，在同一垂直面上，所述橫筋中從接近極耳到遠離極耳的方向接近極耳的橫筋的截面面積大于或等于遠離極耳的橫筋的截面面積。
13.如權(quán)利要求12所述的板柵，其中，在同一垂直面上，位于所述板柵頂部與上邊框相鄰的橫筋的截面面積是位于所述板柵的底部與下邊框相鄰的橫筋的截面面積的1.1-1.5倍。
14.如權(quán)利要求1所述的板柵，其中，在同一水平面上，所述板柵中從接近極耳到遠離極耳的方向接近極耳的豎筋的截面面積大于或等于遠離極耳的豎筋的截面面積。
15.如權(quán)利要求1所述的板柵，將所述若干個橫筋劃分為至少兩個橫筋單元，每個橫筋單元由至少兩個橫筋組成，在同一垂直面上，所述橫筋單元中的每個橫筋的截面面積相同或不同。
16.如權(quán)利要求15所述的板柵，在同一垂直面上，所述橫筋單元中所有橫筋的截面面積之和從接近極耳到遠離極耳的方向相同或逐漸減小。
17.如權(quán)利要求16所述的板柵，在同一垂直面上，位于所述板柵頂部與上邊框相鄰的橫筋單元中所有橫筋的截面面積之和是位于所述板柵底部與下邊框相鄰的橫筋單元中所有橫筋的截面面積之和的1.0-1.5倍。
18.如權(quán)利要求1-17任一項所述的板柵，其中，所述上邊框、下邊框、左邊框、右邊框、豎筋和/或橫筋 的截面成圓形、橢圓形、矩形、正方形、三角形或六邊形。
19.一種鉛酸蓄電池，包括如權(quán)利要求1-18任一項所述的板柵。
專利摘要本實用新型公開了一種優(yōu)化了的用于鉛酸電池的板柵結(jié)構(gòu)，它包括極耳、與極耳相接的上邊框、與上邊框相對的下邊框、與極耳相鄰的左邊框、與左邊框相對的右邊框以及橫豎交叉設(shè)置的若干個豎筋和若干個橫筋，其中，所述上邊框、下邊框和/或至少一個橫筋的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向逐漸減小。另外，所述左邊框、右邊框和/或至少一個豎筋的截面面積從接近極耳到遠離極耳的方向逐漸減小。在不增加成本的前提下，本實用新型的板柵能夠使鉛酸電池獲得更好的高功率特性即更低的電池內(nèi)阻和更長的循環(huán)使用壽命。
文檔編號H01M4/73GK203085680SQ20122046227
公開日2013年7月24日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者何廣利, 王憲宏, M·T·尼斯佩爾 申請人:北京低碳清潔能源研究所