專利名稱：可轉換的雙電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可再充電的電池系統(tǒng)，特別是用于車輛，它包括主體電池和備份電池。
眾所周知，具有主體單元和備份單元的本輛電池系統(tǒng)是通過二極管分開的，以保持備份單元在不使用時處于充電狀態(tài)，參見美國專利4239839。二極管允許電流從車輛發(fā)動機流入備份電池，但防止了備份電池通過包含二極管的電流通路放電。然而，二極管限制了載流量，如果過量電流通過時，具有相對低載流量的二極管可能會熔化。而具有較高額電流的二極管明顯會散發(fā)出相當大量的熱，從而引起了電池環(huán)境方面的問題。
由澳大利亞Pacific Dunlop提供的可轉換的雙電池是由一疊薄平的平行電極板組成的，極板的第一部分是由主體電池組成的，而與第一部分平行相鄰的第二部分是由備份電池組成的。兩電池是并聯(lián)構成的，在兩電池之間放置一單向二極管，用來防止在不使用期間備份單元的放電?？墒謩硬僮鏖_關插入到兩電池之間，而與二極管并聯(lián)，用來在需要使備份單元放電時旁路二極管。如果開關保持閉合狀態(tài)，備份單元將與主體單元一起放電，這會使起輔助電池作用的備份單元的性能下降。另一方面，當開關斷開時，如果電流在備份電池充電期間引入時，二極管可能會被熔斷。
具有名稱為DELCO POSIPOWER的電力備份電池系統(tǒng)已用于某些1985年的汽車，電池外殼有三個由蓋伸出的外部接線柱主體電池正極接線柱;備份(起動)電池正極接線柱;和共同的負極(接地)接線柱。這樣車輛需要三根電纜來供給POSIPOWER系統(tǒng)。將備份電池正極接線柱的電纜連接到螺線管上，其中螺線管可以在起動過程中啟動。螺線管和起動電路可設置在遠離電池外殼的控制箱中，每次點火鑰匙轉到“起動”位置時，主體電池閉鎖螺線管，使備份電池實現(xiàn)與主體電池的并聯(lián)。當起動過程完成時，螺線管解鎖，使備份電池再次隔離。結果，主體電池不能將足夠的電力用來激勵閉鎖的螺線管，位于控制箱內(nèi)的旁路系統(tǒng)可用手啟動來自備份電池的電力。
這些電池系統(tǒng)的性能還不夠令人滿意，改型的車輛要適應不同尺寸電池外殼，不同的接線柱構形，或遠控電路，這通常的花費是很高的。如果采用具有不足載流量的二極管，系統(tǒng)的可靠性可能會被削弱，而在應用高載流量二極管時，由于會產(chǎn)生過熱因而要兼顧安全和性能。另外，現(xiàn)公知的雙電池結構不允許兩電池的配置，其中每個電池可以提供足夠的電力以起動車輛，它們?nèi)菁{在由通常車輛電池外殼所限定的殼體內(nèi)，并具有設計用來適應通常車輛電纜構型的接線柱位置。
本發(fā)明的可轉換雙電池系統(tǒng)提供一主體電池，它可選擇地與備份電池進行電接觸，該系統(tǒng)可設置在一外殼內(nèi)，該外殼具有通常的外部尺寸，并且其中所設置的接線柱可適應通常車輛電纜構型，該外殼具有一系列內(nèi)壁，用以限定主體和備份電池，和一個分隔壁以使主體和備份電池之間互相隔開。在最佳實施例中，主體電池的各個單元垂直于部分或所有備份電池單元。
按照發(fā)明的另一方面，還可在蓋內(nèi)設置一開關，并且開關可包括一可用手操作的致動器，用以選擇地建立主體和備份電池的接觸。與開關并聯(lián)的單通二極管防止了在開關打開時備份電池的放電，但允許電流通過二極管以保持備份電池處于充電狀態(tài)。將一可變電阻與二極管串聯(lián)設置，用以限制電流的流過量，以及由二極管產(chǎn)生的熱量。
在附圖中，同樣的數(shù)碼表示同樣元件，并且

圖1是本發(fā)明的雙電池透視圖，所示的是已除去了開關機構的情況;
圖2是圖1所示的電池容器的透視圖;
圖3是圖2容器的頂視圖，它示出了兩組剛性導線連在一起的典型電池單元;
圖4是圖1所示排氣帽的放大截面圖;
圖5A是按照本發(fā)明的跨接片透視圖;
圖5B是圖5A跨接片的頂視圖，它示出了電池蓋上的開關空腔;
圖6是依照本發(fā)明開關機構的頂視圖;
圖7是圖6所示開關機構的頂視平面圖;
圖8A是沿圖7中ⅧA-ⅧA線獲得的開關機構的截面圖;
圖8B是沿圖7中ⅧB-ⅧB線獲得的開關機構端視圖;
圖9是圖1中安裝有開關機構的電池頂視平面圖;
圖10是沿圖9中Ⅹ-Ⅹ線獲得的除去了排氣帽的蓋的截面圖;
圖11是沿圖9中Ⅺ-Ⅺ線獲得的截面圖;
圖12A-12C是按照本發(fā)明可能的接線柱和電池結構的原理圖;
圖13是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)電子電路的原理圖，示出了電池的放電情況;和圖14是圖13的電路，示出了電池的再充電情況。
在本發(fā)明的可轉換備用電池系統(tǒng)的一個實施例中，主體和備份單元均由鉛酸電池組成。鉛酸電池是由許多設置在容器中的單元組成的，設置在每個單元中的是連續(xù)交替的正和負極(板)，在其間還夾有隔板。主體和備份電池的各個單元可適當?shù)匕?.4%鉛銻合金(如，1.4%銻)用于正極板的板柵，和1.0%的鉛鈣合金(如，1.0%鈣)用于負極板的板柵。如果需要，主體和備份電池可采用不同的鉛合金以包含不同的化學性質(zhì)，這取決于特殊的電池操作狀態(tài)和/或所采用的車輛。
對于鉛酸電池，不管單元體積多大，伏打電位大約每電池單元2伏。在汽車電池中，由原設備制造商制造的車輛(OEM車輛)典型地需要12伏電池。由此，本發(fā)明的每個主體和備份電池最好是由6個電池單元組成(6電池單元×2伏/單元＝12伏)。
所構成的OEM車輛可采用具有通常外殼的電池，如電池的外形尺寸恰好與提供給OEM車輛內(nèi)的電池置放空間一致。在雙電池中，兩組6個電池單元必須置放在標準的外殼內(nèi)，因而對于每個電池來說，每個電池的極板數(shù)量被減少，而載流量被增大。由生產(chǎn)觀點來看，主體和備份電池的每個電池應具有相同的極板數(shù)量。
主體電池應具有足夠的冷起動安培(CCA)輸出，例如，對于30秒起動周期是525安培，以適應多數(shù)的OEM車輛在所設計的電池類別上。由2伏電池產(chǎn)生的電流量是結合了電池內(nèi)所有極板的表面積的作用，這樣，一旦設立了主體電池的CCA，每個主體電池單元合計極板表面積就可以確定。一般說來，電池的充電量不可超過最小電流運載電池單元的充電量(限制電池單元)，因此對于每個電池單元需要具有幾乎相同的電流容量(極板表面積)。每個電池單元的板板數(shù)量和極板尺寸將取決于相對于主體電池的備份電池的尺寸和設備。另外的設計考慮是車輛操作的環(huán)境，少而厚的極板可用于較熱氣候中，在這種情況下，需要較低的CCA輸出，并且對于極板腐蝕的敏感度要大于在較冷的氣候中。
包括每個主體和備份電池單元的極板數(shù)量和每個主體和備份電池極板的尺寸(高、寬和厚)都必須加以確定。備份電池在其壽命期間承受相對少的循環(huán)周期，這樣使與通常高循環(huán)主體電池有關的相對厚的極板在備份電池中就不那么需要了。
電池生產(chǎn)可以通過制造相同數(shù)量的主體和備份電池極板來得到簡化。另外，用于每個電池單元的極板總量應當盡量減少，以降低總的費用。例如，每個電池單元可包含6至15個極板，在每個電池的各單元中最好采用包含6個正極和5個負極的極板。
考慮到上述所有的因素，可以發(fā)現(xiàn)，在備份電池與主體電池垂直設置時，可以獲得主體與備份CCA輸出的最佳比。另一方面，主體和備份電池極板可以是平行設置，或是任何其它合適的關系，這樣每個電池單元的主體和備份電池的各極板數(shù)量連同各極板厚度會產(chǎn)生所需的主體和備份CCA輸出。
在本發(fā)明的雙電池中，術語“備份電池”指的是低循環(huán)間歇應用的輔助電池。這里所用的“終端”描述的是位于電池元件端部的而與電池元件相聯(lián)的電氣接觸。每個主體和備份電池在其一端均具有正極終端，而在另一端具有負極終端。從電池外殼伸出而與負載連接的終端稱作接線柱。每個電池接線柱與一個或多個終端相聯(lián)，以運載流入或流出電池的電流。
參照附圖1-3和9，本發(fā)明的可轉換雙電池101是由設置在外殼10中的主體電池202和備份電池204組成的。外殼10包括蓋12和在制造過程中沿線13接合的容器14，如可采用熱封裝接合。容器14具有一上開口端，并且它通常是矩形的，它包括底壁6、一對延伸的側壁7、一對短側壁(端壁)8、分隔壁34和各個主體和備份電池內(nèi)部單元壁36、40。壁34跨越側壁7，并將容器劃分成主體電池部分11，它包括多個主體電池室(單元)38，和備份電池部分23，它包括多個備份電池單元42。
外殼10適合于采用彈性耐熱塑料制成，如聚乙烯，塑料應該是堅固的、輕的、并且能夠進行熱密封或振動焊接，或可與環(huán)氧樹脂或溶劑相容。壁34、36、40最好與容器14是一整體，并由相同材料制成。
主體電池元件37可放置在每個電池單元38內(nèi)，以便同主體電池的電解質(zhì)進行電化學的相互作用。備份電池元件41相似地放置在每個單元42內(nèi)。每個元件37、41包括交替連續(xù)的正和負極(板)35、31，在其間還夾有隔板(未示出)。
主體電池202可沿中心線20放置，使每個主體電池單元中各主體電池極板35相互平行的放置并與主體電池中心線20垂直。中心線20與外殼10的長軸相一致。備份電池204的單元14是垂直于備份電池中心線22的，備份電池中心線22實質(zhì)上垂直于主體電池中心線20，主體和備份電池的垂直取向提供了在由電池外殼10確定的矩形外殼內(nèi)的最優(yōu)空間利用。
主體電池正接線柱24由蓋12的上表面伸出，它是沿縱向邊30靠近其一角，以便連接到車輛的正電池電纜上。沿著蓋12的相同縱向邊30，備份電池的負接線柱26從蓋12向上伸出，以連接到負電極電纜上。主體電池的負電池終端28沿蓋12的邊30放置，但不伸出。相同地，備份電池的正終端32沿蓋12的邊29設置，也不伸出。
導電母線48將主體電池的負終端28連接到備份電池的負接線柱26上，這樣在兩電池之間可以建立電接觸，并且車輛的電系統(tǒng)通過了接線柱24、26。在母線48、46固定到終端以后，各熔接帽199可密封終端28、32上的蓋12，如采用熔焊。
參照圖2，3和9-11，容器14通過壁34被劃分成兩個分離的電池室。相對于壁34的左邊，多個薄平的間隔內(nèi)壁36確定了其間的主電池單元室38。與蓋12成整體的各個主體和備份電池的入口52、54在上面放置，并延伸到每個電池單元38、42中，以便于電解液的填充。相對于壁34的右邊，備份電池單元壁40同樣限定了其間連續(xù)的備份電池單元室42，每個備份電池單元壁40與分隔壁34成T形連接。由于兩電池通過壁34而隔離，因此，備份電池的電解液可以與主體電池的電解液相同或不同。
在圖4和11中，排氣帽18包括三個整體的排氣蓋19，每個排氣蓋均設置在填充孔入口54上。相鄰的蓋19是通過在孔21上端接的共同集流管連接的。帽18的構成減少了電解液由電池單元泄漏到環(huán)境中的可能性。每個電池單元通過集流管119和孔21而與環(huán)境相通，從而防止了電池內(nèi)導致的過壓，例如，由于過充電，或自放電，或溫度的變化，會產(chǎn)生氣體。防爆保護裝置121，如微孔聚乙烯圓板，可安裝在孔21附近的最末端蓋19上，以防止火焰通過孔21進入電池中。主體電池排氣帽16采用相同方式與主體電池入口52結合。
在圖9-11中，蓋12具有各種電池電子元件模制在其內(nèi)，在制造蓋12以前，每個終端都要連接到導電母線上，以便運載流入或流出終端的電流。特別是，終端32的導電延伸部分270是繞第一母線46的一端形成的，例如可采用將母線的端部放置在模具或模子中，并引入熔化的或軟化的鉛灌于其中。采用同樣方式，終端26的導電延伸部分274是繞第二母線48的一端形成的，并且終端28的延伸部分272是在母線48的另一端形成的。將第三母線50的一端連接到終端24的延伸部分276上，母線50的另一端可放置在開關機構100內(nèi)，這將在下面討論。開關100還要接收來自遠距離的終端32的母線46的端部，主體電池的負終端28和備份電池的正終端32是置于蓋12表面下的凹處。
母線46、48和50適合采用矩形截面，并且最好是由良好的導電材料制成，如銅。由此減小電池內(nèi)的歐姆損耗，提供給負載以最大的伏打電位。既然銅通常與酸性電解液不相容，可在制造過程中將母線嵌入蓋12內(nèi)使其有利于與電解質(zhì)環(huán)境的隔離，例如，可采用注模工藝。
現(xiàn)參照圖1和6-9，放置在蓋12上的開關空腔102內(nèi)而構成的開關100包括可旋轉地安裝在開關外殼62上可用于操作的開關機構60。另一方面，手動開關機構60可以是撥動開關，按鈕或任何其它方便機構，如可遠距離操作螺線管或SCR。開關外殼62適合于由連接到蓋70的底座部件68組成。彈性O形環(huán)72可放置在靠近座68和蓋70之間連接處的座68的周圍。O形環(huán)72可保護開關接觸和母線46、50免受污染。座68具有兩個對角反向的缺口130、132，該缺口允許在開關機構100安裝在蓋12內(nèi)時將各母線46和50的端部連接到開關觸點上。
第一和第二的各開關觸點64、66設置用來與母線46、50的各端部接合。傳動裝置78安置在可轉動軸76的第一端，而軸的另一端安裝在座68上(圖8A)。導電板74安裝在軸76上而與其轉動，板74可滑動地與開關觸點64、66接觸，從而通過軸76的可允許轉動范圍來保持板74與觸點66的機械和電接觸。在74是這樣構成，使它只在轉換到開關100的位置上時才與觸點64接通。手動傳動裝置78通過安裝在其上的外部把手61轉到斷開位置上時，板74和觸點64之間的機械和電接觸被斷開。
在圖6中，靠近母線46、50端部的螺孔80、82允許與開關100的觸點64、66相連接。在組裝過程中，開關外殼62被嵌入蓋12的開關空腔102中，以致使孔65、67與各孔80、82排成一行。座68的缺口130、132允許觸點64、66的操作能與母線46、50對齊，螺釘84通過開關外殼蓋70的出砂孔94而插入，并相繼引導通過孔67、82，并且固定在空腔102(圖1)底部的安裝孔104中。同樣，螺釘86也可引導通過蓋70的出砂孔96，并通過孔65、80，固定在蓋12的安裝孔106中。由此在母線46(和以后的備份電池)和開關100之間，以及在母線50(和以后的主體電池)和開關100之間建立了電接觸。
現(xiàn)參照圖13，電池101的電路包括與主體電池202并聯(lián)設置的備份電池204，以便給負載206輸送電力，例如，汽車的起動裝置。單向電流通路108適合于包括二極管110和過流保護裝置112，它可以是可變電阻、多路開關、固態(tài)晶體管、可控硅或可選擇地限制通過二極管電流的任何裝置，最好是，可變電阻112是由正溫度系數(shù)(PTC)電阻組成，電阻112的電阻率明顯隨溫度的變化而變化，或更進一步來說，由于電阻112隨著所通電力的變化而發(fā)熱，因而它也是電力損耗的函數(shù)。包含開關100的旁路電流通路114是與單向電流通路108并聯(lián)設置，通路108起著保護充電維持電路的作用，該電路允許低水平電流從車輛發(fā)動機通入備份電池204上，同時，電路108防止電流反向流動，因而在不應用時維持備份電池204處于充電狀態(tài)。
圖13對應于放電狀態(tài)，即主體電池202正給車輛供電的狀態(tài)。在正常的起動狀態(tài)期間，主體電池202的伏打電位足以給負載206輸送充足的電流，這時通路114保持開路，并且二極管110防止了電流由備份電池204流到負載206上，這樣在開關114打開時，備份電池204在放電狀態(tài)期間可有效地與電路隔離。當電池202損耗時，如通過過度的起動周期，或如果在車輛發(fā)動機不運轉時需要應用車輛輔助設備，旁路通路114可手動轉換到閉合位置，由此旁路了定向電流通路108，并且允許將電池104的伏打電位施加到負載206上，在車輛已起動以后，開關114閉合以防止電池204的無意中的損耗。
參照圖14，電壓源116，如車輛的發(fā)動機/交流發(fā)電機系統(tǒng)，可安置在輸出接線柱兩側提供正電位給電池202和204，由此對其再充電。在充電狀態(tài)時，當開關114閉合時，電池202、204將同時再充電使得與它們各伏打電位相一致。旁路通路114基本上提供了零電阻，因此沒有電流流過定向電流通路108。當旁路通過114斷開時，電壓源116致使電流流過定向電流通路108使電池204再充電?？勺冸娮?12與二極管110串聯(lián)以限制流過二極管的電流量。
二極管在有電流流過時會產(chǎn)生很大熱量。在電池環(huán)境中，由于電池外殼和車輛電纜通常是由塑料或橡膠制成，因此過熱源是不希望有的。另外，電解液在一定條件下可能產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，如在自放電期間。因此，需要一種機構以保持二極管110的溫度在所需范圍內(nèi)。電阻112可有效地限制通過通路108的電流量，從而減小了在給備份電池提供充足的再充電電流，如0.1-2安培時，由二極管110產(chǎn)生的熱。電阻112和二極管110足夠小以便安裝在蓋12的空腔102內(nèi)。
對電路108所需的電壓-電流關系是這樣的，其中電流隨著電壓成線性增加直到預定的閾電壓，然后電流隨著電壓的進一步增加而達到平衡或降低。最好是1.2-1.3伏的閾值范圍，其限定電流最大低于1安培。由于車輛電池在車輛運行期間要進行擴充再充電周期，通過通路108的低電流足以給電池104充電。在開關114斷開時，通過通路108要保持約0.1-60伏，特別是約0.2-2.5伏的壓差。電阻112在低電壓水平下具有約0.1至至少5歐姆的阻值，這導致了通過通路108給電池104再充電的電流水平處在約0.1-25安培，特別是0.3-3安培的范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的雙電池，對于蓋部分12的制造可首先采用模制。在塑料注入之前，可將導電連接裝置放置在模具內(nèi)。導電連接裝置適合包括母線46、48、50，終端28、32，和接線柱24和26(圖1和9-11)。在母線46、48和50的端部構成的各延伸部分270、272、274和276均可封裝在各耐腐蝕塑料套管78內(nèi)(圖9)。由氯化聚烯烴制成的套管78保持了母線和導引延伸部分之間的連接，以防與電解液的無意中接觸。銅母線比起蓋、容器、終端、接線柱和導引延體部分顯示出不同的熱膨脹特性，由此可允許母線在蓋12內(nèi)自由滑動。
在連接裝置嵌入模具以后，可注入塑料使得與所嵌入的連接裝置一起形成蓋12。容器14適合于采用分離注模法制成。在預定冷卻時間以后，將蓋從模具中移出，并將高導電跨接條118嵌入開關空腔102中。
參照圖5A和5B，跨接條118適合于包括L形板120，它的兩端設置有彈性夾122、124，當跨接條118嵌入空腔102時，夾122、124可移動地與母線46、50接合?？缃訔l118在最初充電期間暫保持了兩電池之間的電連接，由此開關機構100不必經(jīng)過制造工藝便可安裝在其它完整電池(圖1)內(nèi)。
跨接條118固定在位置上以后，空腔102可以用防護帶覆蓋以防碎片進入空腔，在這種情況下，蓋可隨時與容器接合，通過借助于跨接條118使母線46和50之間形成接觸，使得在蓋12內(nèi)形成一完整的電路。
在將蓋12與容器14接合前，將電池元件37、41插入主體和備份電池單元38、42中。為了圖示的目的，在圖3中只示出了兩個典型的主體和備份電池元件37、41，然而，可以理解，在裝配過程中，元件是設置在每個電池的每個單元內(nèi)，由此，12個元件放置在容器14的12個單元內(nèi)。每個元件37、41在兩端最好具有正極板，這樣每個元件具有奇數(shù)板(正和負極)。每個元件37、41最好具有6個正極和5個負極，總共11個極板。
在某一個電池單元內(nèi)的所有正極板都是并聯(lián)電連接的，通過由每個正極板伸出的導線形成匯流條。在這一電池單元內(nèi)的每個負極板同樣連接到相同單元的每個其它負極板上，這樣由每個單元伸出兩個匯流條，一正和一負。每個單元的負匯流條與相鄰單元的正匯流條進行剛性連接形成連續(xù)的剛性導線連接33、39，并從壁36、40的頂上伸出的。剛性導線連接是通過扭曲、焊接、壓平、熔接或?qū)R流條熔合在一起從而在相鄰元件之間建立永久性電流通路。在容器14內(nèi)制成總共10個連接33、39，每個電池202、204內(nèi)各5個。
在每個電池一端上的端部單元包括一自由正匯流條，而在電池另一端上的端部單元包括一自由負匯條。它們在蓋12通過電阻加熱、摩擦焊接、焊槍燒焊、擠壓或碾壓連接到容器14時，熔接到蓋12中相應負和正終端上。最好是，在電池元件放置在電池單元內(nèi)以后，將匯流條連接到相應終端上，此后通過檢修開口可以給由蓋12伸出的接線柱24和26及不從蓋12伸出的終端28和32提供熱。將檢修孔蓋(燒熔帽)199封裝到蓋12上，以遮蓋各終端28和32。
蓋12可采用任何通常方法封接到容器14上，如熱封裝或振動焊接。然后給電池填充含水電解液。所有12個入口52、54可通過將外殼10浸入電解質(zhì)水溶液槽中而同時填充。覆蓋在空腔102上的保護帶保護了空腔內(nèi)的部件免受酸性電解液的影響。如果各電池采用不同的化學制品時，一組入口可暫時封住，此時其它入口保持敞開以進行二步浸液工藝。
在給電池填充電解液時，就各排氣帽16、18固定到蓋12上。然后，雙電池101象普通電池一樣具有兩個外部接線柱?？缃訔l118致使雙電池起單一電池作用，因此，電池可按照通常的化成技術化成(最初的充電)。在化成以后，除去跨接條118，并將開關100插入空腔102中。開關觸點64、66和各母線46、50可通過導電螺釘84、86連接。
電池外殼10的尺寸、構成和接線柱位置最好與通常的單一電池外殼的相似。接線柱24、26可直接與邊30相鄰地設置。例如，外殼10的長度(圖1中的尺寸A)通常是20.3-30.8cm，特別是26.2cm，相應的寬度(尺寸B)最好是12.7-20.3cm，尤其是17.5cm，高度(尺寸C)是12.7-22.9cm，特別是17.8cm，接線柱26.28的中心距約17.8-27.9cm，特別是22.6cm。這種普通電池外殼內(nèi)的空間的有效利用使主體電池將超過SAE所推薦的最小CCA輸出率供給多數(shù)的OEM車輛，如在0℃下為30秒的起動周期，此時允許備份單元提供足夠的CCA輸出給多個起動周期，其中每個周期是在近似10秒的范圍內(nèi)。
圖12A-C示出了按照本發(fā)明的另一種電池構型。在圖12A中，雙電池131適合包括主體電池133，它具有主體正接線柱138和主體負接線柱140。壁136將主體電池133與備份電池134隔開，其中備份電池包括備份正終端142和備份負終端144。母線143將主體正接線柱連接到備份正終端142上。開關146設置在接線柱140和終端144之間，也即主體電池133和備份電池134之間，接線柱138和140通過電池外殼伸出。
在圖12B中，雙電池150包括備份電池152，它包括備份正終端156和備份負終端158，備份電池152通過壁166與主體電池154分開，主體電池包括主體正接線柱160和主體負接線柱162。母線153將主體正接線柱160連接到備份正終端156上，開關164設置在備份負終端158和主體負接線柱162之間。各主體接線柱160、162從電池150的一側伸出。在圖12A和12B的兩個實施例中，主體和備份電池單元是相互平行的，而不是垂直的。
現(xiàn)參照圖12C，雙電池170適合包括主體電池172，它包括主體電池正終端174和主體電池負終端176，和備份電池178，它包括備份電池的正終端180和備份電池的負終端182。U形分隔壁186將備份和主體電池分開，并且備份電池178的單元端對端地設置在壁186外的U形構形中。母線183連接主體和備份電池各負終端176、182。開關184通過各母線187、189連接到終端174、180上。這種構造具有的距離。這種結構進一步提供了在容器內(nèi)的矩形空間190，在其中能夠安裝開關184的機構。
當然，其它結構也是可能的，例如，主體和備份電池可并排使所有電池單元并聯(lián)設置，或主體電池在備份電池的兩則劃分成兩部分。
本發(fā)明的優(yōu)點在于主體電池能夠產(chǎn)生大于400的冷起動安培(CCA)，特別是至少525CCA，并在普通電池外殼內(nèi)為備份電池提供足夠的空間，使之能產(chǎn)生200和400CCA之間，尤其是至少275CCA。這些CCA值是基于設計條件最壞的情況下估計的，并相應于7.2伏的基礎電位。將兩電池設置在普通外殼內(nèi)的能力主要是兩電池相對定向的作。備份電池相對于主體電池垂直設置削弱了在整體電池的運行中可獲得的主體和備份電池之間的電壓比，這是最佳實施例。
本發(fā)明的雙電池可安裝在車輛上，并且采用通常方式與電池電纜連接。在主體電池輸出太低已不能起動車輛的緊急情況下，操作人員可操作開關到閉合位置，從而引入了與主體電池并聯(lián)的備份電池，它通過二極管/可變電阻電路來維持完全充電狀態(tài)。在起動車輛時，操作人員打開開關，以防備份電池的進一步消耗，主體電池在車輛運行期間進行再充電，并且備份電池通過二極管/可變電阻電路以較慢速度也進行再充電。
權利要求
1.一種雙電池，包括一個伸長的容器，它具有底壁，多個側壁，一個開口上端，第一連續(xù)的隔有空間的內(nèi)電池單元壁以規(guī)定連續(xù)的主體電池單元室，第二連續(xù)的內(nèi)電池單元壁以規(guī)定連續(xù)的備份電池單元室，和分隔壁以使主體電池單元室與備份電池單元室隔開；一個蓋，它可蓋在容器上并固定到容器的上開口端；一連續(xù)的主體電池元件，每個元件包括多個設置在每個主體電池單元室中的電池極板；第一電池單元間連接裝置，用以串聯(lián)連接每個主體電池元件；一連續(xù)的備份電池元件，每個元件包括多個設置在每個備份電池單元室中的電池極板；第二電池單元間電連接裝置，用以串聯(lián)連接每個備份電池元件；一對設置在靠近連續(xù)的主體電池單元室兩端的主體電池正負終端；一對設置在靠近連續(xù)的備份電池單元室兩端的備份電池正負終端；電連接裝置，用以連接主體和備份電池的負終端，和主體與備份電池的正終端；和一個開關，用以選擇地切斷電連接裝置之一。
2.權利要求1的電池，其中分隔壁與至少部分內(nèi)電池單元壁接合形成連續(xù)的T形。
3.權利要求1或2的電池，其中部分或所有備份電池單元和電池元件基本上垂直于主體電池單元和電池元件。
4.權利要求1、2和3的電池，其中分隔壁和內(nèi)電池單元壁與容器壓制成整體。
5.權利要求1-4的電池，進一步包括充電電路，用以在開關斷開時主體電池單元充電的同時給備份電池單元充電，該電路包括一裝置，用來限制能夠流過充電電路的電流量，充電電路與開關旁路。
6.權利要求5的電池，其中充電電路包括串聯(lián)連接的二極管和可變電阻，可變電阻的阻值隨流過充電電路的電流的增加而增加。
7.權利要求1的電池，其中容器和蓋是由塑料制成，并且電連接裝置包括嵌于蓋內(nèi)的母線。
8.權利要求1的電池，其中從蓋上伸出并靠近其各角用以同汽車電池電纜連接的主體電池的正終端和備份電池的負終端，以及主體電池的負終端和備份電池的正終端可設置在蓋內(nèi)的凹進部分中。
9.權利要求1的電池，其中蓋具有一向上開口的空腔，在空腔內(nèi)安裝可更換的開關，電連接包括一對母線，它們可從其各終端延伸到蓋的空腔并安裝在其中，和開關，它包括一可裝在空腔內(nèi)的外殼，一可手動操作傳動裝置和電觸點，以便在開關處于閉合位置時從一母線傳導電流到另一母線。
10.權利要求1-9的電池，其中主體和備份電池是鉛酸電池。
11.權利要求10的電池，其中蓋可提供有空間間隔的填充孔，用以給每個電池單元填充液體酸性電解質(zhì)，并且蓋還具有排氣帽以封閉每個孔，然而可允許排出電池運行期間主體和備份電池單元內(nèi)產(chǎn)生的氣體，其中每個排氣帽具火焰消除器，通過排氣帽氣體必須通過其上的小口排出排氣帽。
12.權利要求1-11的電池，其中備份電池單元的極板具有比主體電池單元極板小的表面積。
13.權利要求12的電池，其中容器和蓋形成電池外殼，它具有的尺寸約為26.2×17.5×17.8cm，由此主體電池提供大于400冷起動安培，并且備份電池提供200-400冷起動安培。
14.權利要求1的電池，其中分隔壁是U形的，并平行于容器的三側，因此主體和備份電池中的一個包括端對端相連放置在分隔壁外的U形連續(xù)電池單元，另一個包括面對面放置在分隔壁內(nèi)的連續(xù)電池單元，并且主體和備份電池的各正負終端互相貼近地放置在靠近分隔壁的兩端。
全文摘要
可轉換雙電池包括設置在電池外殼內(nèi)的主體和備份電池。外殼的容器部分具有分隔壁，它可將主體電池單元與備份電池單元隔開。隔有空間的平行內(nèi)壁規(guī)定了主體和備份電池的連續(xù)單元，在各單元中放置了電池單元元件。開關可調(diào)整由備份電池引入的電力。再充電電路包括二極管和可變電阻，用來限制在再充電期間使電流流入備份電池，也防止了在正常車輛運行期間備份電池的消耗。當主體電池耗盡時，開關動作，以引入與主體電池并聯(lián)的備份電池。
文檔編號H01M2/30GK1049249SQ9010490
公開日1991年2月13日 申請日期1990年6月11日 優(yōu)先權日1989年6月12日
發(fā)明者阿倫·J·克萊賓瑙, 托馬斯·J·多爾蒂, 愛德華·N·穆羅特克, 戴維·A·圖爾克, 莫里斯·G·米肖 申請人:地球聯(lián)合有限公司