Герметичный щелочной никель-кадмиевый аккумулятор
Герметичный щелочной никель-кадмиевый аккумулятор относится к электротехнике и предназначен для питания постоянным током различной электротехнической аппаратуры в режиме постоянного подзаряда или в режиме циклирования, а также пожарной, охранной сигнализации, агрегатов аварийного питания. Аккумулятор включает металлический прямоугольный корпус с крышкой, борны, закрепленные в крышке посредством изолирующе-герметизирующих узлов, электролит, отрицательные кадмиевые электроды, положительные окисно-никелевых электроды с избытком зарядной емкости по отношению к емкости окисно-никелевых электродов, электрически соединенные с соответствующими борнами, изолирующие пластины, размещенные между упомянутыми электродами и стенками и дном упомянутого корпуса, сепаратор из полипропиленового полотна, выполненный в виде вертикальных зигзагообразных складок, в которых размещены упомянутые электроды. Решетки электродов выполнены из просечно-вытяжной никелевой сетки, а каждый изолирующее-герметизирующий узел включает закрепленную в отверстии крышки корпуса посредством буртика металлическую втулку, в которую с двух сторон вставлены изолирующие втулки Т-образного профиля, а в зазоре между золирующими втулками установлена резиновая манжета в форме тороида, сжатая боковыми поверхностями борна и металлической втулки, при этом диаметр отверстий изолирующих втулок равен диаметру борна, а диаметр отверстия металлической втулки превышает диаметр борна. Аккумулятор имеет повышенную надежность и увеличенный срок службы.
Заявляемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в герметичных щелочных никель-кадмиевых аккумуляторах, предназначенных для питания постоянным током различной электротехнической аппаратуры в режиме постоянного подзаряда или в режиме циклирования а также пожарной, охранной сигнализации, агрегатов аварийного питания.
Известен герметичный никель-кадмиевый аккумулятор (см. авторское свидетельство СССР №744795, МПК H 01 M 10/34, опубликован 30.06.80 г.), содержащий металлический прямоугольный корпус с крышкой, снабженной заливочной пробкой, электролит, положительные и отрицательные электроды, разделенные сепараторами и параллельные дополнительные газопоглощающие электроды, расположенные с зазором, частично погруженные в электролит, частично размещенные в газовом пространстве и соединенные электрически с отрицательными электродами.
В известном герметичном аккумуляторе обеспечивается более полное газопоглощение, однако это достигается за счет значительного усложнения конструкции аккумулятора и снижения надежности его работы.
Известен никель-кадмиевый аккумулятор (см. патент РФ №2099820, МПК H 01 M 10/30, опубликован 27.05.1998 г.), содержащий корпус, щелочной электролит, положительные и отрицательные электроды, сепаратор положительных электродов из капроновой ткани, сепаратор отрицательных электродов из полипропиленового нетканого материала, при этом один из электродов дополнительно содержит по меньшей мере один поверхностный пористый активный слой, электрически соединенный с этим электродом.
Известный аккумулятор имеет повышенное значение разрядного тока и способен работать в стартерном режиме. Однако это достигается
усложнением его конструкции, к тому же не обеспечивается достаточная герметизация аккумулятора и его эксплуатационная надежность.
Известен герметичный щелочной никель-кадмиевый аккумулятор (см. патент РФ №2112301, МПК Н 01 М 10/34, опубликован 27.05.1998 г.), включающий пластмассовый прямоугольный корпус, крышку с пробкой и борнами, положительные окисно-никелевые электроды, отрицательные сдвоенные кадмиевые электроды с избытком зарядной емкости по отношению к емкости окисно-никелевых электродов, сепаратор из нетканого перхлорвинилового полотна, электролит и изолированную эластичную камеру, размещаемую снаружи или внутри корпуса и соединенную герметично с помощью трубки с электролитом аккумулятора, при этом сдвоенные кадмиевые электроды имеют между собой свободный зазор.
Известный герметичный никель-кадмиевый аккумулятор имеет улучшенные разрядные характеристики за счет снижения внутреннего сопротивления при разряде путем самопроизвольного заполнения аккумулятора электролитом из камеры после выключения зарядного тока. К недостатку известного аккумулятора следует отнести его недостаточную эксплуатационную надежность, обусловленную наличием дополнительной эластичной камеры и выполнением корпуса из пластмассы.
Задачей заявляемого технического решения являлась разработка такой конструкции герметичного щелочного никель-кадмиевого аккумулятора, который бы имел повышенную эксплуатационную надежность и улучшенную герметизацию аккумулятора.
Поставленная задача решается тем, что герметичный щелочной никель-кадмиевый аккумулятор включает металлический прямоугольный корпус с крышкой, борны, закрепленные в крышке посредством изолирующе-герметизирующих узлов, электролит, отрицательные кадмиевые электроды, положительные окисно-никелевых электроды с избытком зарядной емкости по отношению к емкости окисно-никелевых электродов, электрически соединенные с соответствующими борнами, изолирующие пластины, размещенные между упомянутыми электродами и стенками и дном упомянутого корпуса, сепаратор из полипропиленового
полотна, выполненный в виде вертикальных зигзагообразных складок, в которых размещены упомянутые электроды. В аккумуляторе решетки электродов выполнены из просечно-вытяжной сетки, а каждый изолирующее-герметизирующий узел включает закрепленную в отверстии крышки корпуса посредством буртика металлическую втулку, в которую с двух сторон вставлены изолирующие втулки Т-образного профиля, а в зазоре между упомянутыми изолирующими втулками установлена резиновая манжета в форме тороида, сжатая боковыми поверхностями борна и металлической втулки, при этом диаметр отверстий изолирующих втулок равен диаметру борна, а диаметр отверстия металлической втулки превышает диаметр борна.
Выполнение сепаратора из полипропиленового полотна, выполненного в виде вертикальных зигзагообразных складок, в которых размещены упомянутые электроды, обеспечивает надежную защиту от коротких замыканий. Этому же способствует установка изолирующих пластин, размещенных между электродами и стенками и дном упомянутого корпуса аккумулятора. Описанная выше конструкция изолирующее-герметизирующего узла обеспечивает надежную герметизацию внутреннего объема аккумулятора, при этом также достигается надежная фиксация борна изолирующими втулками. Выполнение решетки электродов из просечно-вытяжной никелевой сетки обеспечивает надежную фиксацию пористых слоев основы электрода. Все это позволяет обеспечить повышенную эксплуатационную надежность аккумулятора.
Положительные окисно-никелевые электроды и отрицательные кадмиевые электроды могут быть выполнены сдвоенными, чем достигается повышение удельной объемной энергии и снижение вероятности возникновения коротких замыканий.
Электрическое соединение положительных окисно-никелевых электродов и отрицательных кадмиевых электродов с соответствующими борнами может быть выполнено посредством металлических мостиков, к эквидистантно расположенным планкам которых присоединены пластинчатые выводы электродов.
Планки мостика могут быть выполнены из материала самого мостика путем просечки его пластины и последующего отгиба на угол 90° высеченных участков.
Аккумулятор может быть снабжен датчиком давления.
Датчик давления может быть установлен в крышке корпуса.
Датчик давления может быть установлен в одном из двух одинаковых отверстий в крышке корпуса. Что может быть полезно при сборке аккумуляторов в батарею. При этом во второе отверстие устанавливается заглушка.
Датчик давления может быть установлен в сквозном осевом канале, выполненном в одном из борнов.
В качестве датчика давления может быть, например, использован датчик мембранного типа или сильфонного типа.
Боковые стенки корпуса аккумулятора могут быть снабжены горизонтальными гофрами, что повышает его механическую прочность.
Изолирующие втулки, фиксирующие борн, могут быть выполнены из полиамида.
Сепаратор может быть выполнен как из тканого, так и нетканого полипропиленового полотна.
Изолирующие пластины, отделяющие электроды от корпуса, могут быть выполнены, например, из винипласта.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен общий вид сбоку с частичным разрезом аккумулятора с четырьмя борнами;
на фиг.2 показан вид сверху на аккумулятор, изображенный на фиг.1;
на фиг.3 приведен поперечный разрез по А-А, аккумулятора, изображенного на фиг.1;
на фиг.4 изображен общий вид сбоку с частичным разрезом аккумулятора с датчиком давления;
на фиг.5 показан вид сверху на аккумулятор, изображенный на фиг.4;
на фиг.6 изображен изолирующее-герметизирующий узел с борном в продольном разрезе (узел 1 на фиг.1);
на фиг.7 приведен общий вид сбоку аккумулятора с двумя борнами, с датчиком давления и с гофрами на боковых стенках корпуса;
на фиг.8 показан вид сверху на аккумулятор, изображенный на фиг.7;
на фиг.9 изображен электрод аккумулятора, вид сбоку;
на фиг.10 показан в увеличенном масштабе участок решетки электрода;
на фиг.11 приведен вид сверху на мостик;
на фиг.12 изображен мостик в разрезе по Б-Б;
на фиг.13 в таблице приведены основные параметры аккумуляторов, изготовленных с использованием полезной модели.
Герметичный щелочной никель-кадмиевый аккумулятор (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3) включает металлический прямоугольный корпус 1 с крышкой 2, борны 3, закрепленные в крышке 2 посредством изолирующе-герметизирующих узлов 4, электролит 5, отрицательные кадмиевые электроды 6, положительные окисно-никелевых электроды 7 с избытком зарядной емкости по отношению к емкости окисно-никелевых электродов 6, электрически соединенные с соответствующими борнами 3. Электроды 6 и 7 могут быть выполнены сдвоенными. Между стенками и дном корпуса 1 и электродами 6 и 7 установлены изолирующие пластины 8. Сепаратор 9 выполнен из полипропиленового полотна, тканого или нетканого. Электролит 5 находится в порах электродов 6, 7 и сепаратора 9. Сепаратор 9 размещен в корпусе 1 в виде вертикальных зигзагообразных складок, в которых размещены электроды 6 и 7. Решетки 10 электродов 6 и 7 (см. фиг.9, фиг.10) выполнены из просечно-вытяжной никелевой сетки. Каждый изолирующее-герметизирующий узел 4 (см. фиг.6) включает закрепленную в отверстии крышки 2 корпуса 1 посредством буртика 11 металлическую втулку 12, в которую с двух сторон вставлены изолирующие втулки 13 и 14 Т-образного профиля, а в зазоре 15 между изолирующими втулками 13 и 14 установлена резиновая манжета 16 в форме тороида, сжатая боковыми
поверхностями борна 3 и металлической втулки 12 (в поперечном сечении манжета может иметь форму круга или эллипса, большая ось которого параллельна оси манжеты). Диаметр отверстий изолирующих втулок 13 и 14 равен диаметру борна 3, что обеспечивает его надежную фиксацию, а диаметр отверстия металлической втулки 12 превышает диаметр борна 3, в результате чего образуется полость 15. Основание 17 борна 3 соединено, например, сваркой с мостиком 18. Верхняя часть борна 3 снабжена резьбой, на которую надета шайба 19, гайка 20, сжимающая изолирующе-герметизирующий узел 4, и гайка 21. Электрическое соединение положительных окисно-никелевых электродов 7 и отрицательных кадмиевых электродов 6 с соответствующими борнами 3 выполнено с помощью металлических мостиков 18 (см. фиг.11 и фиг.12), к планкам 22 которых присоединены пластинчатые выводы 23 (см. фиг.9) электродов 6 и 7. Мостик 18 выполнен в виде пластины 24 с боковыми буртиками 25 и торцевыми буртиками 26, механически упрочняющие мостик 18. Планки 22 образованы просечкой пластины 24 и последующего отгиба на 90° просеченных участков.
В варианте аккумулятора с датчиком давления (см. фиг.7 и фиг.8) крышке 2 корпуса 1 установлен датчик давления 27, например, мембранного типа. Если аккумулятор с четырьмя борнами 3 предназначен для комплектования батареи (см. фиг.4 и фиг.5), то датчик давления 27 устанавливают в одном из двух одинаковых отверстиях в крышке корпуса, при этом во второе отверстие устанавливают заглушку 28.
В одном из вариантов выполнения аккумулятора боковые стенки корпуса 1 снабжаются горизонтальными гофрами 29, что повышает его механическую прочность. Изолирующие втулки 13 и 14, фиксирующие борн 3, выполнены, например, из полиамида. Сепаратор 9 выполнен как из тканого, так и нетканого полипропиленового полотна. Изолирующие пластины 8, отделяющие электроды 6 и 7 от корпуса 1, выполнены, например, из винипласта.
Аккумулятор заряжают токами, равными 0,1-0,5 его номинальной емкости (С Н) до срабатывания датчика давления или до заданного уровня.
После окончания заряда аккумулятор переводят в режим подзаряда током 0,0010-0,10015 СН.
Заявляемая полезная модель реализована в герметичных щелочных никель-кадмиевых аккумуляторах НКГ-160, НКГ-200СА (с датчиком давления), НКГ-110СА (с датчиком давления). Номинальное напряжение аккумуляторов составляло 1,2 В.
Основные параметры этих аккумуляторов приведены в таблице (см. фиг.13).
Использование полезной модели позволило повысить надежность аккумуляторов и обеспечить гарантированный срок эксплуатации не менее 11 лет (вплоть до 18 лет).
1. Герметичный щелочной никель-кадмиевый аккумулятор, включающий металлический прямоугольный корпус с крышкой, борны, закрепленные в упомянутой крышке посредством изолирующе-герметизирующих узлов, электролит, отрицательные кадмиевые электроды, положительные окисно-никелевые электроды с избытком зарядной емкости по отношению к емкости окисно-никелевых электродов, электрически соединенные с соответствующими борнами, изолирующие пластины, размещенные между упомянутыми электродами и стенками и дном упомянутого корпуса, сепаратор из полипропиленового полотна, выполненный в виде вертикальных зигзагообразных складок, в которых размещены упомянутые электроды, при этом решетки упомянутых электродов выполнены из просечно-вытяжной никелевой сетки, а каждый изолирующе-герметизирующий узел включает закрепленную в отверстии крышки корпуса посредством буртика металлическую втулку, в которую с двух сторон вставлены изолирующие втулки Т-образного профиля, а в зазоре между упомянутыми изолирующими втулками установлена резиновая манжета в форме тороида, сжатая боковыми поверхностями борна и металлической втулки, при этом диаметр отверстий изолирующих втулок равен диаметру борна, а диаметр отверстия металлической втулки превышает диаметр борна.
2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что упомянутые положительные окисно-никелевые электроды и отрицательные кадмиевые электроды выполнены сдвоенными.
3. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что электрическое соединение упомянутых положительных окисно-никелевых электродов и отрицательных кадмиевых электродов с соответствующими борнами выполнено посредством металлических мостиков с эквидистантно расположенными поперечными планками, к которым присоединены пластинчатые выводы упомянутых электродов.
4. Аккумулятор по п.3, отличающийся тем, что упомянутые планки выполнены из материала самих мостиков путем их просечки и последующего отгиба просеченных участков.
5. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен датчиком давления.
6. Аккумулятор по п.5, отличающийся тем, что датчик давления установлен в крышке корпуса.
7. Аккумулятор по п.6, отличающийся тем, что упомянутый датчик давления установлен в одном из двух одинаковых отверстиях в крышке корпуса, а во втором отверстии установлена заглушка.
8. Аккумулятор по п.5, отличающийся тем, что датчик давления установлен в сквозном осевом канале, выполненном в одном из упомянутых борнов.
9. Аккумулятор по п.5, отличающийся тем, что в качестве упомянутого датчика использован датчик мембранного типа.
10. Аккумулятор по п.5, отличающийся тем, что в качестве упомянутого датчика использован датчик сильфонного типа.
11. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки корпуса снабжены горизонтальными гофрами.
12. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что упомянутые изолирующие втулки выполнены из полиамида.
13. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что упомянутый сепаратор выполнен из тканого полипропиленового полотна.
14. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что упомянутый сепаратор выполнен из нетканого полипропиленового полотна.
15. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что упомянутые изолирующие пластины выполнены из винипласта.
