UA63563C2 - Terminal for an electrode of a lead-acid accumulator - Google Patents

Description

високої питомої енергії акумуляторної батареї, змінного перерізу, розташованих усередині рамки однак вони непридатні для використання в необ- постійної ширини. Переріз жилок струмовідвода слуговуваних герметизованих батареях, тому що має форму ромба або кола і зменшується в на- наявність сурми приведе до підвищеного газовиді- прямку від рамки до центра, де складає 0,98-0,49 лення і саморозряду, а позитивні струмовідводи від товщини рамки. У верхній частині рамки в куті до того ж швидко руйнуються від корозії в умовах знаходиться вушко, у нижній частині рамки знахо- підвищених робочих температур. Застосовувані в дяться ніжки (Патент Ме2127930 Росія, МПК? сучасних необслуговуваних батареях свинцево- НО144/72, 10/12, 1999р.|Ї. У порівнянні з приведе- кальцієві сплави дозволяють різко знизити газови- ними вище аналогами перевагою такого струмо- ділення і саморозряд, а також збільшити корозійну відвода є деяке збільшення питомої енергії акуму- стійкість позитивних струмовідводів, але вони від- лятора за рахунок зменшення витрати свинцю і різняються зниженими ливарними властивостями, збільшення кількості активної маси в центрі елект- що накладає істотні обмеження на конструкцію рода. Однак у цілому зазначеному струмовідвода струмовідводів і вимагає збільшення їхньої товщи- притаманні такі ж недоліки, що і для аналогів, на- ни, а це зменшує питому енергію акумуляторної ведених вище. Крім того, запропоноване змен- батареї. Таким чиж-м, у сучасних необслуговува- шення перерізу жилок у центрі струмовідвода при- них герметизованих акумуляторних батареях і це зводить до додаткових омічних втрат і до більш гостро виявляється технічне протиріччя між посилення неоднорідності розподілу струму по вимогою високої питомої енергії і вимогою високої висоті електрода з усіма негативними наслідками, надійності електродів. що випливають.

Відомий струмовідвід для електрода свинце- Відомий струмовідвід для електрода свинце- во-кислотного акумулятора, що являє собою грат- во-кислотного акумулятора, що являє собою грат- часту сітку з вертикальних і горизонтальних жилок часту сітку з різноспрямованих жилок змінного постійного перерізу, розташованих усередині рам- перерізу, розташованих усередині рамки змінної ки постійної ширини. Переріз жилок струмовідвода ширини. Переріз жилок струмовідвода має форму має форму квадрата, ромба чи трапеції. У верхній квадрата, ромба або кола і збільшується в напря- частині рамки в куті знаходиться вушко, що слу- мку від нижньої рамки до верхньої рамки, і змен- жить для з'єднання електродів в електродний шується в напрямку до бічних рамок. У верхній блок; у нижній частині рамки розташовані ніжки, частині рамки в куті знаходиться вушко, у напрям- якими електрод спирається на дно моноблока ку якого верхня рамка розширюється; у нижній

ІСтартернье аккумуляторнье батарей: Устройст- частині рамки знаходяться ніжки (Патент во, зксплуатация и ремонт / М.А.Дасоян, Ме5582936 США, МПК? НОТ МА/74, 1996р.|. Перева-

Н.И.Курзуков, О.С.Тютрюмов, В.М.Ягнятинский. - гою такого струмовідвода є більш раціональна

М: Транспорт, 1991. -С.25-26)|. Недоліками такого конструкція, що дозволяє знизити омічні втрати, струмовідвода є нераціональне розташування особливо при стартерних розрядах, а також під- жилок, величина і форма їхнього перерізу, а також вищити коефіцієнт використання активної маси за нераціональне розміщення вушка, що призводить рахунок зменшення її кількості на ділянках з міні- до підвищених омічних втрат і підвищеного спа- мальним струмом. Це призводить до деякого збі- дання напруги, особливо при стартерних розря- льшення питомої енергії акумулятора. Недоліками дах. Найбільше спадання напруги в такій констру- такого струмовідвода є складний різноспрямова- кції відбувається у верхній частині струмовідвода, ний візерунок жилок і нераціональне розміщення поблизу вушка. Підвищені омічні втрат я в струмо- вушка, що не дозволяє повною мірою вирішити відводі призводять до збільшення неоднорідності задачу зниження омічних втрат і одержання більш розподілу струм) по висоті електрода. А це, у свою однорідного розподілу струму по висоті електрода. чергу, створює умови для локального глибокого Крім того, складний різноспрямований візерунок розряду у верхній частині електродів (особливо жилок струмовідвода накладає істотні обмеження при стартерних розрядах), зменшенню коефіцієнта на властивості використовуваних для виливки використання активної маси (особливо в нижній свинцевих сплавів. Наприклад, використання сви- частині електродів). Усе це зменшує питому енер- нцево-кальцієвих сплавів, що відрізняються зни- гію акумулятора і скорочує його довговічність. Ще женими ливарними властивостями, призводить до одним недоліком зазначеного струмовідвода є те, росту виробничого браку. А це значить, й о для що він підданий підвищеній корозії, особливо у сучасних необслуговуваних герметизованих (з верхній своїй частині, де найбільша нерівномір- рекомбінацією газів) акумуляторних батарей за- ність розподілу електричного струму і потенціалу. стосування запропонованого струмовідвода буде

Виготовлення струмовідвода зі свинцево- неефективним і вести до збільшення матеріальних кальцієвого сплаву трохи зменшує корозію, але не втрат і претензій від споживачів. вирішує проблему, обумовлену нераціональною Відомий струмовідвід для електрода свинце- конструкцією струмовідвода. во-кислотного акумулятора, що являє собою грат-

Струмовідвід, у якому вертикальні жилки замі- часту сітку з радіальних та горизонтальних жилок нені похилими (див. там же), хоча і характеризу- постійного перерізу, розташованих усередині рам- ється трохи меншими омічними втратами, однак ки постійної ширини. Переріз жилок струмовідвода принципово нічим не відрізняється від зазначеного має форму квадрата, ромба або трапеції. У верх- вище і має такі ж недоліки. ній частині рамки на відстані 30-35мм від кута зна-

Відомий струмовідвід для електрода свинце- ходиться вушко, приблизно убік якого спрямовані во-кислотного акумулятора, що являє собою грат- радіальні жилки; у нижній частині рамки розташо- часту сітку з вертикальних і горизонтальних жилок вані ніжки. Струмовідвід виготовлено зі свинцево-

кальцієвого сплаву з додаванням інших металів кристалізації по всіх рамках та жилках струмовід- (Патент Ме5298350 США, МПК? НО1ТМа/68, 1992р.. вода, що породжує усадочні процеси, додаткові

Достоїнством такого струмовідвода є використан- дефекти і напруження в конструкції. Це змушує ня свинцево-кальцієвих сплавів, що дозволяє за- також подовжувати час витримки в ливарній формі стосовувати струмовідвід для необслуговуваних після кристалізації. Найбільш уразливими місцями герметизованих акумуляторних батарей. Іншим є: місце сполучення вушка з верхньою рамко)), достоїнством запропонованого струмовідвода є особливо коли вушко занадто віддалене від кута зміщення вушка на відстань 30-35мм від кута рам- рамки; місця сполучені я ніжок з нижньою рамкою; ки і наявність радіальних жилок, спрямованих при- місця сполучення жилок з рамками. Особливо це близно убік вушка, що дозволяє знизити омічні актуально при використанні прототипу в гермети- втрати в струмовідводі і підвищити потужність зованих (з рекомбінацією газів) акумуляторних акумуляторної батареї при стартерних розрядах. батареях. Свинцево-кальцієві сплави, яким прита-

Недоліком запропонованого струмовідвода є пос- манна низька рідиннотекучість, значно підсилюють тійна величина перерізу жилок, що обмежує ефект ці недоліки, що може навіть призводити до непро- зниження омічних втрат і не дозволяє підвищити ливанню жилок струмовідвода в центральній час- коефіцієнт використання активної маси. Крім того, тині гратчастої сітки. використовувані для виливка струмовідвода свин- Крім того, прототип має один загальний із усі- цево-кальцієві сплави призводять до характерних ма зазначеними вище аналогами недолік - низьку обмежень на мінімальну товщину жилок і рамки, міцність струмовідвода поблизу ніжок, розташова- що обмежує питому енергію акумулятора. них у нижній частині рамки. Існуючі на даний час

Найбільш близьким технічним рішенням, узя- технології виготовлення струмовідводів і електро- тим як прототип, є струмовідвід для електрода дів передбачають поділ намазаних електродів на свинцево-кислотного акумулятора, що являє со- окремі, одиничні. При цьому поділ виконується між бою гратчасту сітку з похилих жилок змінного пе- спареними ніжками. У результаті цієї операції ви- рерізу і горизонтальних жилок, розташованих усе- никають деформації нижньої рамки, а також зади- редині рамки змінної ширини. Переріз жилок рки на ніжках, здатні пошкодити сепаратор. Більш струмовідвода має форму квадрата, ромба або досконалий спосіб поділу спарених електродів за трапеції, причому переріз похилих жилок збільшу- допомогою дискових ножів, що дозволяє цілком ється по напрямку від рамки до вушка в 1,5 рази. У усунути ніжки і задирки, все одно не виключає де- верхній частині рамки на відстані 35-38мм від кута формацій нижньої рамки і порушення суцільності знаходиться вушко, що служить для з'єднання активної маси. Це збільшує виробничий брак елек- електродів в електродний блок; у нижній частині тродів, знижує довговічність і стійкість електрода рамки розміщені ніжки, якими електрод спирається до вібрацій та ударів. на дно моноблока. Ширина нижньої рамки змен- В основу винаходу поставлена задача підви- шена в 1,5 рази, а ширина вертикальної віддале- щення надійності і стійкості електрода до вібрацій і ної від вушка рамки зменшена в 1,2-1,3 рази у по- ударів за умови збереження його високої питомої рівнянні з іншими рамками |(Ягнятинский В.М., енергії за рахунок збільшення міцності струмовід-

Лужин В.К., Львова В.И. Распределение падения вода, задача зменшення виробничого браку виго- напряжения и плотности тока по поверхности зле- товлення струмовідводів і електродів, а також за- ктрода свинцового аккумулятора./ Исследования в дача підвищення продуктивності виготовлення области злектрических аккумуляторов. Сборник струмовідводів. научн. трудов. Л.: Знергоатомиздат, 1988. -С.15- Поставлена задача вирішується тим, що в 23.4. Достоїнством струмовідвода-прототипу є струмовідводі для електрода свинцево-кислотного зміщення вушка на відстань 35-38мм від кута рам- акумулятора, що являє собою гратчасту сітку з ки і наявність похилих жилок, спрямованих убік негоризонтальних жилок змінного перерізу і гори- цього кута рамки, що дозволяє знизити омічні зонтальних жилок, розташованих усередині рамки втрати в струмовідводі і підвищити потужність змінної ширини, у верхній частині рамки знахо- акумуляторної батареї при стартерних розрядах. диться вушко, відповідно до винаходу, негоризон-

Зниженню омічних втрат сприяє і перемінний пе- тальні жилки є радіальними, спрямованими до реріз похилих жилок, що збільшується убік вушка, вушка, переріз радіальних жиле к збільшується по де відбувається найбільше спадання напруги. Крім напрямку від рамки до вушка в 1,3-1,4 рази, сітка того, струмовідвід-прототип дозволяє знизити ви- зміцнена трьеома стовщеними горизонтальними і трату матеріалу на своє виготовлення і підвищити трьома стовщеними радіальними жилками, рівно- коефіцієнт використання активної маси електрода мірно розподіленими по полю сітки, у місцях спо- за рахунок зменшення ширини нижньої рамки і лучення горизонтальних жилок з вертикальною вертикальної віддаленої від вушка рамки. У ре- наближеною до вушка частиною рамки, горизон- зультаті досягається більша, ніж в аналогів питома тальні жилки мають клиноподібне розширення з енергія акумулятора і менші, ніж в аналогів омічні ухилом 8-12" і довжиною 4-бмм, ширина верхньої втрати. частини рамки в напрямку вушка збільшується в

Проте, струмовідвід-прототип не вільний від 1,5-1,6 рази, вушко розташоване на відстані 18- недоліків, що усе ще призводять до високих виро- 24мм від кута рамки, нижня рамка має два розши- бничих показників браку виливок, низької продук- рення довжиною 33-40мм, шириною 3,5-4,5мМм. тивності виготовлення струмовідводів, а також Відкриємо сутність заявленого технічного рі- знижують надійність електродів та стійкість їх до шення. Наявність радіальних жилок, спрямованих вібрацій та ударів. При виливку тонких струмовід- до вушка, переріз яких збільшується в цьому на- водів часто відбувається порушення спрямованої прямку в 1,3-1,4 рази, дозволяє знизити омічні втрати в струмовідводі і підвищити потужність області підвищених механічних напружностей і акумуляторної батареї при стартерних розрядах. підвищених концентрацій дефектів поблизу гост-

На відміну від прототипу, де використовуються рих граней жилок (гострих кутів перерізу жилок). похилі жилки, радіальні жилки більш ефективні Нижня рамка поблизу ніжок має два розши- для цілей зниження електроопору за рахунок свого рення довжиною 33-40мм, шириною 3,5-4,5мМм. більш раціонального напрямку - напрямку до вуш- Перед поділом спарених електродів до цих роз- ка. Це призводить до деякого вирівнювання роз- ширень безпосередньо сполучені технологічні пе- поділу струму по висоті електрода. Цим обумов- ремички, що з'єднують спарені електроди. Техно- лено і те, що оптимальним збільшенням перерізу логічні перемички мають довжину в 2,8-3,2 рази радіальних жилок убік вушка є 1,3-1,4, замість 1,5 - меншу, ніж довжина розширень, і ширину 0,8-1,2 у прототипі. Менше, ніж у 1,3 рази збільшення пе- від ширини розширень. Наявність двох розширень рерізу неефективно для зниження омічних втрат. дозволяє підвищити міцність нижньої рамки і за-

Більше, ніж у 1,4 рази збільшення перерізу приз- побігти виробничий брак при поділі спарених елек- водить до перевитрати матеріалу і зниженню пи- тродів: деформацію нижньої рамки, порушення томої енергії електрода. суцільності активної маси. Зазначені вище розміри

Метою зниження омічних втрат і вирівнювання розширень нижньої рамки підібрані емпірично з розподілу струму по висоті електрода служать розумінь досягнення достатньої міцності при міні- розширення верхньої частини рамки в напрямку мальних витратах матеріалу. Менші розміри роз- вушка в 1,5-1,6 рази і розташування вушка на відс- ширень знижують ефективність зміцнення струмо- тані 18-24мм від кута рамки. Зазначені параметри відвода, великі розміри призводять до визначені емпірично. Менше, ніж у 1,5 рази роз- перевитрати матеріалу. Запобіганню виробничого ширення верхньої частини рамки до вушка, а та- браку при поділі спарених електродів сприяють кож менший, ніж на 18мм зміщення вушка від кута, також приведені вище відносини розмірів розши- недостатні для зниження омічних втрат у струмо- рень і розмірів технологічних перемичок, а також відводі. Більше, ніж у 1,6 рази розширення верх- наявність на технологічних перемичках спеціаль- ньої частини рамки до вушка призводить до пере- них потоншених місць - міток для поділу. витрати матеріалу. Більший, ніж на 24мм зміщення Лінійні розміри комірок гратчастої сітки, тобто вушка від кута може привести до утворення дефе- розміри порожніх зон комірок обмежені в межах 6- ктів усадочного походження в місці сполучення 12мм. При розмірах більших, ніж 12мм відбуваєть- вушка з рамкою, особливо при використанні свин- ся підвищене випадання пасти, а потім і випадан- цево-кальцієвих сплавів. По цій же причині товщи- ня активної маси з комірок. Це зменшує довговіч- на вушка робиться на 10-2095 меншої, ніж товщина ність електродів і стійкість до вібрацій і ударів. При верхньої рамки. розмірах менших, ніж 6 мм може відбуватися не-

У місцях сполучення горизонтальних жилок з промазування комірок пастою, що також знижує вертикальною наближеною до вушка частиною довговічність і питому енергію електродів. рамки, що примикає безпосередньо до літника і Запропоноване технічне рішення може бути заливальної чаші, горизонтальні жилки мають кли- використане на підприємствах з виробництва сви- ноподібне розширення з ухилом 8-12 і довжиною нцево-кислотних акумуляторів та акумуляторних 4-бмм. Це сприяє підтримці фронту спрямованої батарей, насамперед - у виробництві герметизо- кристалізації в цих близьких до літника областях і ваних (з рекомбінацією газів) акумуляторних бата- запобіганню усадочних процесів. Гратчаста сітка рей. струмовідвода зміцнена трьома стовщеними гори- На Фіг.1 приведений загальний вид одинично- зонтальними і трьома стовщеними радіальними го струмовідвода, а також вид перерізу радіальних жилками, рівномірно розподіленими по полю сітки. і горизонтальних жилок. На фіг.2, показане з'єд-

Крім функції збільшення міцності струмовідвода, ці нання спарених електродів, а також переріз роз- стовщені жилки задають товщину пасти, що вма- ширень нижньої рамки і технологічних перемичок. зується при виготовленні електродних пластин і На Фіг.4 укрупненим планом показане сполучення зменшують електроопір струмовідвода. Стовщені горизонтальних жилок з вертикальною наближе- жилки також запобігають непроливанню інших жи- ною до вушка частиною рамки, а також клиноподі- лок струмовідвода в центральній частині гратчас- бні розширення горизонтальних жилок. тої сітки при використанні свинцево-кальцієвих Струмовідвід являє собою гратчасту сітку з сплавів, оскільки служать розподільниками рідкого радіальних жилок 1 і горизонтальних жилок 2, роз- розплаву. По цій же причині, а також для забезпе- ташованих усередині рамки 3. Переріз радіальних чення спрямованої кристалізації до самої верхньої жилок 1 збільшується в 1,3-1,4 рази в напрямку до горизонтальної стовщеної жилки сполучені короткі вушка 4. Верхня частина рамки З розширюється в похилі жилки в кількості 6-10 шт. Спрямована кри- 1,5-1,6 рази в напрямку до вушка 4. Вушко 4 роз- сталізація розплаву дозволяє скоротити технологі- ташоване на відстані а-18-24мм від кута рамки. чний цикл виготовлення струмовідвода за рахунок Нижня рамка має два розширення 5. Довжина а? і скорочення часу витримки в ливарній формі після ширина р» розширень 5 дорівнюють: аг-33-40мм, кристалізації. р2-3,5-4,5мм. Довжина а: та ширина бі технологіч-

Переріз усіх жилок гратчастої сітки має шести- них перемичок 6 зв'язані співвідношеннями з дов- кутну форму, близьку до правильного шестикутни- жиною і шириною розширень: аг/аї-2,8-3,2, ка з відсутністю гострих кутів, на відміну від анало- рі/02-0,8-1,2. Гратчаста сітка зміцнена трьома сто- гів і прототипу. Це дозволяє жилкам краще вщеними горизонтальними жилками 7 і трьома утримувати пасту й активну масу, а також більш стовщеними радіальними жилками 8. До самої афективно протистояти корозії, що починається в верхньої горизонтальної стовщеної жилки 7 сполу-

чені шість коротких похилих жилок 9. Переріз А-А короткі похилі жилки 9. Стабілізація процесу крис- жилок гратчастої сітки має шестикутну форму, талізації розплаву в теплонапружених зонах до- близьку до правильного шестикутника з відсутніс- зволяє скоротити технологічний цикл виготовлен- тю гострих кутів. ня струмовідвода на 8-1295 за рахунок скорочення

У місцях сполучення горизонтальних жилок 2 з часу витримки в ливарній формі після криста- вертикальною наближеною до вушка частиною лізації. рамки 10, що примикає безпосередньо до літника і Відлитий здвоєний струмовідвід підлягає на- заливальної чаші, горизонтальні жилки мають кли- мазці електродною пастою, при цьому стовщені ноподібне розширення 11 з ухилом о-8-12" і дов- жилки 7 і 8 задають товщину пасти, що вмазуєть- жиною с-4-бмм. ся. Отриману спарену електродну пластину потім

При виливку струмовідвода свинцевий розп- розділяють на дві одиничні пластини по технологі- лав надходить від літника до вертикальної набли- чних перемичках 6 за допомогою дискових ножів. женої до вушка частини рамки, що примикає без- Розріз виробляється по спеціальним стоншеним посередньо до літника і заливальної чаші, а також місцям 12 на перемичках 6. Розширення 5 нижньої до верхньої рамки і вушка. Клиноподібні розши- рамки підвищують міцність нижньої рамки і запобі- рення 11 сприяють підтримці фронту спрямованої гають виробничий брак при поділі. кристалізації в близьких до літника областях і за- Електродні пластини потім беруть участь у побіганню усадочних процесів. Одночасно розплав зборці акумуляторних батарей і електрохімічному прагне заповнити три стовщені горизонтальні жил- формуванні. ки 7 і три стовщені радіальні жилки 8. Стовщені Отримані у такий спосіб акумуляторні батареї жилки запобігають непроливанню інших жилок були піддані лабораторним іспитам. Іспити акуму- струмовідвода в центральній частині гратчастої ляторних батарей з електродними струмовідвода- сітки, особливо при використанні свинцево- ми, що заявляються, показали відповідність вимо- кальцієвих сплавів, оскільки служать розподільни- гам ГОСТ 959 та ЕМ 50342 (ЕМ 60095-1) по ками рідкого розплаву. Поліпшенню умов проли- ємності, стартерньмм характеристикам і довговіч- вания, а також забезпеченню спрямованої криста- ності. лізації по всіх жилках струмовідвода сприяють а яб песни НН

ЕНН | а ОБО пордхееотт кт вик в ЕІ ке З не с х її х Її; І Гоше шо й Со ї-

ТК, Ж ія й СЕК х 1 | і іа ше

ЕЕ пола ; Еишина ША і Хот мк шк НИМИ, ними пн АН ШЕ КО о НИ НА нео

ЕМ ОО КК Н 7 НІ, : рили ние ви ше

Неоог ах онов вагоєих КАДЕКеХ І і рення Н ки ТУ

ВЕК ЕрАО м у . і По ЕВ сні селен

ІК х ЩЕ Н ЕЕ НЙ ЗИВНЕ ПОШИ ТЕ ГИ ЯК онов Зоо оо оо оо ер зва ор ев но, і й ТЕ е Опмежднн ят

Й - і ІЙ сн. МУ й «вну й «Фк

АМІ)

Ми М ши

СЕУ ЕЛЕт тю

Й т х, пря М 1 це срге 2

Комп'ютерна верстка Т.Чепелева Підписне Тираж 26 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601