КРЫШКА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использована в производстве стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АКБ), предназначенных для обеспечения запуска двигателя автомобиля и его резервного электропитания.
АКБ - вторичный источник электрической энергии, который работает по принципу превращения электрической энергии в химическую (при заряде) и обратном превращении - химической энергии в электрическую (при разряде). В качестве электролита в свинцовый аккумулятор заливают содержащий серную кислоту (доля серной кислоты при полностью заряженном аккумуляторе - 38%) электролит, при обращении с которым требуется соблюдение правил техники безопасности. Повреждение или неправильное обслуживание АКБ могут привести к утечке электролита, обладающего сильным разъедающим действием, в окружающую среду.
В зависимости от применяемых материалов и используемых конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей современные АКБ можно подразделить на два основных вида: классического (традиционного) исполнения и необслуживаемого исполнения. АКБ классического исполнения выпускают как в разделенном перегородками на отдельные ячейки (камеры, банки) по числу аккумуляторов в батарее моноблоках с отдельными крышками, так и в моноблоках с общей крышкой. Сплавленная с моноблоком (моноблочная) крышка АКБ препятствует попаданию электролита из внутренней полости АКБ в окружающую среду.
Известны (http://www.avtoakkumulator.ru/manufacturers/?manuf_id=5), производимые с 2001 года предприятием ООО «Тубор» (заявитель) аккумуляторные батареи TITAN с моноблочной крышкой АКБ, основным показателем целесообразности использования которой являлось выполнение требований ГОСТ 959-2002 к безопасности АКБ.
Крышка АКБ модельного ряда Титан с встроенными в нее клеммными втулками для присоединения АКБ к электросети автомобиля и вентиляционными пробками для герметизации выполненных в моноблоке отверстий для заливки электролита, установленным в каждой пробке пламегасителем, а также индикатором заряда или отверстием для индикатора заряда имеет следующие недостатки, препятствующие получению нижеуказанног технического результата: а) децентрализованную систему газоотведения (газы выходят напрямую из каждой ячейки моноблока АКБ в атмосферу), что не соответствует требованиям ГОСТ Р МЭК 60095-2-2010 «Батареи стартерные свинцово-кислотные» (часть 2), согласно которому система газоотведения должна быть централизованной - с выпуском газов через газоотводные отверстия в верхней части крышки АКБ; б) не проходит установленный Стандартом фирмы VW TL82506:2006-10 тест на невыливаемость электролита из АКБ.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении уровня экологической безопасности АКБ.
Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, состоит в совершенствовании системы отведения газов и утечки электролита из внутренней полости моноблока АКБ, что повышает надежность, безопасность и увеличение срока службы АКБ, оснащенной такой крышкой.
Указанный технический результат достигается за счет того, что крышка аккумуляторной батареи (АКБ), сплавленная с моноблоком АКБ и содержащая встроенные в нее клеммные втулки для присоединения АКБ к электросети автомобиля и вентиляционные пробки, предназначенные для герметизации выполненных в моноблоке отверстий для заливки электролита и отвода газов или газового аэрозоля из моноблока, а также пламегасители, защищающие АКБ от внешних источников искрообразования, имеет централизованную систему газоотведения, включающую образованный с помощью перегородок в полости между крышкой - полублоком и накладкой, при их сплавлении герметично изолированный от окружающей среды и сообщающийся с ней через газоотводные отверстия трехмерный лабиринт из газоотводных каналов, вентиляционные пробки и соединенные с внутренней полостью моноблока выполняющие функцию сапунов отверстия (сапуны) в крышке, необходимые для выпуска из моноблока газа или газового аэрозоля и возврата в моноблок вытекшего электролита; при этом лабиринт имеет трехмерную коробчатую форму с замкнутым контуром, в котором выполнены газоотводные отверстия, и состоит из изолированных друг от друга перегородками полостей, соответствующих каждая отдельной ячейке моноблока, газ или газовый аэрозоль из которых через прорези в кольцевых перегородках вокруг сапунов и вентиляционных пробок вместе с газом или газовым аэрозолем, выходящим из моноблока через выполненные в вентиляционных пробках кольцевые проточки, поступает в полость централизованного сбора газов или газового аэрозоля, сообщающуюся через отверстия в перегородках с полостями лабиринта, в которых установлен пламегаситель, проходя через который, газ или газовый аэрозоль выходит в атмосферу через газоотводные отверстия; кроме того, нижняя поверхность лабиринта выполнена с уклоном в сторону размещения сапунов, а в каждой из полостей лабиринта, соответствующей отдельной ячейке моноблока, между кольцевыми перегородками вокруг сапуна и вентиляционной пробки располагается перегородка, верхняя точка которой при любом возможном положении АКБ имеет положение выше максимально возможного уровня вытекшего электролита при таком положении АКБ
Заявленная полезная модель разработана с учетом требований Стандарта фирмы VW TL82506:2006-10 и, в частности, п.5.2.4.2 «Испытание на опрокидывание», а также ГОСТ Р МЭК 60095-2-2010 «Батареи стартерные свинцово-кислотные» (часть 2), и отвечает этим требованиям.
При разрядно - зарядных процессах во внутренней полости моноблока АКБ образуется гремучий газ (смесь кислорода и водорода), результатом интенсивного выделения которого является газовый аэрозоль (смесь газа с электролитом), который выносится из полости моноблока АКБ в атмосферу, загрязняя окружающую среду и уменьшая содержание воды в электролите, что приводит к изменению плотности электролита и уменьшению срока эксплуатации АКБ.
Централизованная система газоотведения крышки АКБ включает спроектированный при помощи перегородок во внутренней полости между крышкой - полублоком и накладкой, при их сплавлении трехмерный лабиринт (лабиринтная система отвода газов) из газоотводных (вентиляционных) каналов (далее - лабиринт); встроенные в крышку сапуны и вентиляционные пробки для герметизации выполненных в моноблоке отверстий для заливки электролита, а также газоотводные отверстия (выпускное отверстие для дегазации), расположенные, как правило, в верхней части коротких боковых сторон крышки.
Для правильного функционирования централизованной системы газоотведения схема расположения перегородок в лабиринте должна удовлетворять следующим требованиям:
A) Лабиринт должен иметь трехмерную коробчатую форму (снизу ограничен лицевой плоскостью крышки, сверху - оборотной плоскостью накладки) с замкнутым контуром по периметру для того, чтобы полость лабиринта сообщалась с окружающей средой только через газоотводные отверстия, перед которыми установлены пламегасители.
Б) Выходам (сапун и вентиляционная пробка) каждой ячейки моноблока должна соответствовать своя полость в лабиринте, изолированная перегородками от аналогичных полостей лабиринта. С этой же целью перегородки вокруг сапунов и вентиляционных пробок выполняют кольцевыми с прорезями что важно также для задания направления вытекающему электролиту.
B) Для правильной работы централизованной системы газоотведения лабиринт должен иметь полость централизованного сбора газов из полостей, соответствующих отдельным ячейкам моноблока. Такая полость находится за пределами вентиляционных пробок и ограничивается участками расположенной по периметру лабиринта перегородки, участками кольцевых перегородок вокруг вентиляционных пробок и последовательно соединяющих эти кольцевые перегородки перемычек.
Г) Каждая из двух полостей лабиринта, в которых установлен пламегаситель, должна иметь сообщение лишь с указанной полостью централизованного сбора газов.
Спроектированная таким образом схема расположения перегородок (система газоотводных каналов) определяет единственно возможный путь для выходящего из каждой отдельной ячейки моноблока АКБ газа или газового аэрозоля (газа/газового аэрозоля):
внутренняя полость моноблока АКБ →
сапун →
полость лабиринта, соответствующая ячейке моноблока →
кольцевая проточка в вентиляционной пробке →
полость централизованного сбора газов) →
полость лабиринта с пламегасителем → пламегаситель →
газоотводные отверстия → выход в атмосферу:
При этом нижнюю поверхность лабиринта (лицевая плоскость крышки) выполняют с уклоном (min 2%) в сторону размещения сапунов, обеспечивающим возврат конденсата электролита через сапуны обратно в полость моноблока. Перегородки же в лабиринте рекомендуется ориентировать таким образом, чтобы газовые каналы имели максимально возможную длину.
Установленная в каждой из полостей лабиринта, соответствующей отдельной ячейке моноблока, между кольцевыми перегородками вокруг сапуна и вентиляционной пробки на пути вытекающего из внутренней полости моноблока через сапун электролита перегородка, верхняя точка которой при любом возможном положении АКБ имеет положение выше максимально возможного уровня вытекшего электролита (или уровня электролита в ячейке моноблока, соответствующей этой области лабиринта) при таком положении АКБ, препятствует дальнейшему распространению электролита в полости лабиринта, и, следовательно, его утечке в окружающую среду, а также способствует возврату вытекшего электролита обратно в моноблок
Вышеописанная геометрия лабиринта (система расположения перегородок и каналов):
A) обеспечивает улавливание, конденсацию на поверхностях лабиринта капелек электролита газового аэрозоля, выходящего из моноблока через сапуны и вентиляционные пробки отверстий для заливки электролита, что препятствует выбросу кислотного газового аэрозоля в окружающую среду;
Б) обеспечивает возврат вытекающего электролита в моноблок, минимизируя расход воды и поддерживая, тем самым, плотность электролита на должном уровне;
B) исключает попадание электролита в полость пламегасителя и далее в окружающую среду при наклоне/опрокидывании АКБ.
Установленные в крышке АКБ пламегасители, представляющие собой систему фильтров из микропористого материала, предотвращают доступ открытого пламени во внутреннюю полость батареи, обеспечивая ее взрывобезопасность. Вокруг пламегасителей, как правило, выполняется кольцевая перегородка с отходящим от нее каналом.
Крышка АКБ может содержать указывающий степень заряда АКБ и уровень электролита в моноблоке АКБ индикатор заряда (или отверстие под него), который является необязательной опцией при комплектации изделия и устанавливается по желанию потребителя. Отсутствие индикатора заряда не сказывается на работе АКБ.
Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлены следующие графические материалы:
- фиг.1 - чертеж крышки в трех проекциях с местными разрезами;
- фиг.2 - крышка (виды в изометрии): а) с накладкой, б) без накладки;
- фиг.3 - лабиринт в изометрии (сплавленные перегородки крышки-полублока и накладки без верхней (накладки) и нижней (крышки-полублока) плоскостей;
- фиг.4 - вид крышки с наглядным изображением областей вытекшего из моноблока электролита в полости лабиринта при положении АКБ на: а) правой торцевой стенке б) левой торцевой стенке. На фиг.4а, б) области электролита в ячейках внутренней полости моноблока обозначены односторонней штриховкой; области вытекшего через сапун в полость лабиринта электролита - двухсторонней штриховкой.
В качестве доказательства возможности осуществления полезной модели с достижением вышеуказанного технического результата приводится описание конкретной конструкции крышки АКБ.
Сплавленная с моноблоком (не показан) крышка АКБ состоит (см. фиг.1) из двух изготовленных из полипропилена и соединенных между собой посредством сварки (сплавленных) элементов: крышки - полублока - 1, и накладки - 2. Для удобства переноски, снятия и установки на машину крышка АКБ оборудована откидной полипропиленовой ручкой - 3.
В крышку встроены полипропиленовые выкручивающиеся вентиляционные пробки (пробки заливных отверстий, показано три из шести) 4 для герметизации выполненных в ячейках моноблока отверстий для заливки электролита и отвода из моноблока газового аэрозоля; изготовленные из свинцового сплава две клеммные втулки (положительный и отрицательный выводы) 5 для присоединения АКБ к электросети автомобиля; два пламегасителя 6 (вид. Б фиг.1), защищающие батарею от внешних источников искрообразования; сапуны 7 (вид В-В фиг.1); индикатор заряда 8, показывающий степень заряда АКБ и критический уровень электролита в моноблоке АКБ, и предназначенные для зажимных элементов технологической оснастки в процессе сборки АКБ технологические выемки (4 шт.) 9.
На наружной (лицевой) стороне крышки и внутренней (оборотной) стороне накладки выполнены перегородки 10, которые при сплавлении крышки и накладки смыкаются друг с другом без зазоров, образуя во внутренней полости между крышкой 1 и накладкой 2 состоящий из газовых каналов трехмерный лабиринт (фиг.3), имеющий по периметру замкнутую перегородку 11, изолирующую его от окружающей среды.
Централизованная система газоотведения крышки АКБ включает трехмерный лабиринт (фиг.2, 3), сапуны 7 (Вид В-В фиг.1), вентиляционные пробки 4 и расположенные в верхней части коротких боковых сторон крышки АКБ газоотводные отверстия 12, через которые полость лабиринта сообщается с окружающей средой.
Выходам (сапун и вентиляционная пробка) каждой ячейки моноблока в лабиринте соответствуют отдельные, изолированные друг от друга перегородками полости: 13-18 (фиг.4). Кольцевые перегородки вокруг сапунов 7 и вентиляционных пробок 4 выполнены с прорезями.
Полость централизованного сбора газов 19 ограничивается участками расположенной по периметру лабиринта перегородки (перегородки, образующей замкнутый контур) 11, участками кольцевых перегородок 20 вокруг вентиляционных пробок и последовательно соединяющих эти кольцевые перегородки перемычек 21.
Встроенные в крышку вентиляционные пробки 4, являясь частью централизованной системы отвода газов, имеют кольцевую проточку 22 (Г-Г фиг.1), по которой газ/газовый аэрозоль из моноблока поступает в полость лабиринта и далее через пламегаситель 6 к газоотводному отверстию 12. Для предотвращения выхода газов/газового аэрозоля в атмосферу по резьбе, в пробке предусмотрены уплотнительные кольца круглого сечения.
Пламегасители 6 выполнены в виде диска из полипропилена MS-7103 и установлены перед газоотводными отверстиями 12 централизованной системы газоотведения. Каждый из пламегасителей 6 окружен кольцевой перегородкой 23, доступ к нему газов/газового аэрозоля возможен только через канал 24, примыкающий к указанной перегородке. При этом каждая из двух полостей 25 лабиринта с полостью установки пламегасителя 6 сообщается лишь с полостью централизованного сбора газов 19.
В представленной конструкции сапуны 7 выполняют двойную функцию: служат а) для выхода газов/газового аэрозоля из внутренней полости моноблока и б) для возврата сконденсировавшегося на поверхностях лабиринта электролита обратно во внутреннюю полость моноблока, минимизируя, тем самым, расход воды в процессе эксплуатации АКБ.
Централизованная система отведения газов работает следующим образом:
- поступающие через сапуны 7 из внутренней полости моноблока газы/газовый аэрозоль
попадают в полости 13-18 лабиринта и далее через прорези (поз. не указаны) в кольцевых перегородках вентиляционных пробок 4 - в полость централизованного сбора газов 19;
- поступающие через кольцевые проточки 22 вентиляционных пробок 4 из внутренней полости моноблока газы/газовый аэрозоль через прорези в кольцевых перегородках вентиляционных пробок 4 попадают в полость централизованного сбора газов 19;
- из полости централизованного поступления газов 19 газ/газовый аэрозоль через отверстия (не показаны) в перегородках лабиринта поступает в полости 25 лабиринта с пламегасителями и далее по каналам 24 - в соответствующий пламегаситель 6;
- через пламегаситель 6 и газоотводные отверстия 12 газ выходит в атмосферу.
Путь следования газа/газового аэрозоля на фиг.1 показан стрелками.
Подсоединив к газоотводному отверстию(ям) 12 трубку, можно обеспечить вывод газов в - достаточном удалении от деталей, которые могут вызвать воспламенение смеси газов (например, нагретый двигатель и т.п.) или которые под действием паров электролита могут подвергнуться коррозии и в дальнейшем разрушиться.
При прохождении через лабиринт капельки сконденсировавшегося электролита осаждаются на поверхности лабиринта и через пламегаситель 6 в атмосферу попадает уже только кислород и водород. Тем самым, с одной стороны устраняется выход во внешнюю среду вредных кислотных испарений, а с другой - предотвращается потеря электролита.
На нижней поверхности лабиринта (лицевая плоскость крышки-полублока) предусмотрен уклон под определенным углом «а» (см. вид А фиг.1), обеспечивающий возврат конденсата электролита через сапуны обратно в полость моноблока.
В каждой из полостей лабиринта 13-18, соответствующей отдельной ячейке моноблока, между кольцевыми перегородками вокруг сапуна и вентиляционной пробки расположены перегородки 26 препятствующие распространению вытекающего через сапун электролита в полости лабиринта, а также способствует возврату вытекшего электролита обратно в моноблок.
На фиг.4, изображена АКБ в двух положениях: 4а) на правой и 5б) на левой торцевой стенке и наглядно продемонстрирована работа указанных перегородок на примере крайней шестой (ячейки нумеруются по порядку слева-направо, если смотреть на длинную сторону АКБ со стороны клемм) ячейки АКБ.
При наклоне АКБ вытекший через сапун 7 электролит (двухсторонняя штриховка) перетекает в полость 13 лабиринта. По принципу сообщающихся сосудов уровень электролита в моноблоке (односторонняя штриховка) и полости лабиринта одинаковый. Высота перегородки 26 выше максимального уровня электролита, что предотвращает дальнейшее вытекание электролита из моноблока. При возврате АКБ в нормальное положение электролит через сапун 7 сливается обратно в полость моноблока. Работа остальных ячеек АКБ аналогична рассмотренной.