[发明专利]蓄电池的排气系统

说明书

发明领域

本发明涉及蓄电池的排气系统。更具体地讲，本发明涉及一种可以用于机动车辆的铅酸蓄电池的排气系统。

发明背景

铅酸蓄电池是已知的现有技术。铅酸蓄电池可以用于各种应用中，包括汽车、卡车、船只、飞机、以及高尔夫球车之类的轻型车辆在内的交通工具。

铅酸蓄电池一般包括一个封装蓄电池活性元件的蓄电池外壳。活性元件保持在通常称为“电解槽(cell)”的隔离室中。典型的铅酸蓄电池具有至少六个电解槽，每个电解槽产生2伏的电势。电解槽通常是矩形的，每个电解槽包括多个用间隔件隔离的交替排列的正极板和负极板。正极板一般包含氧化铅作为它们的活性材料，而负极板一般包含高孔隙度结构的金属铅作为活性材料。隔离件是由多孔不导电材料片制造的，以便使每个正极和负极板与其相邻极板绝缘。

通过在电解槽中加入称为电解质的水溶液激活铅酸蓄电池。电解质是一种具有预定比重的硫酸和水的浓缩溶液。电解质的比重是根据化学计量设计的，以满足蓄电池的电化学需要。

注入电解槽中的电解质引起化学反应的发生。正极板与电解质化学反应产生水和硫酸铅。负极板与电解质化学反应产生硫酸铅。正极和负极板中的反应继续到电解质成为稀的水溶液。当不能再发生化学反应时，蓄电池称为已经“放电”。

铅酸蓄电池的特征在于它是化学可逆的。通过以放电方向相反的方向给正极板和负极板施加电流可以使蓄电池放电过程逆转。当电流通过极板时，硫酸铅分解成铅和SO₄，水分解成氢和氧。SO₄与氢结合产生硫酸。氧与铅结合生成氧化铅。这种过程在本领域中称为“充电”。

铅酸蓄电池的充电产生大量的气体，主要是氢气和氧气。随充电过程继续，蓄电池外壳和/或电解槽中的压力增大。电解槽内气体的产生和压力提高，如果不适当地排除，可能造成蓄电池外壳的严重损坏。气体也造成外部火花可能引起爆炸的危险。结果，蓄电池制造工业一直需要并且继续需要一种能够把气体从蓄电池外壳和/或电解槽排放到大气中的系统。

电解槽中的气体可能夹带蒸发的电解质在本领域中也是已知的。结果，气体的排出产生了一个额外的问题。在排出夹带蒸发电解质的气体时，减少了本来可用于与正极板和负极板进行化学反应的电解质的量。电解质的损失将降低蓄电池的最大可用寿命。因此，除了需要把气体从电解槽内排出之外，也需要保留和促使电解质返回到电解槽中。

为了满足上述需要，本领域的制造商利用了各种排气系统，其中气体通过蓄电池盖中的折流通道和排气孔排出。现有技术中已知有两种类型的排气系统设计：垂直型排气系统和水平型排气系统。典型的垂直型排气系统包括排气塞、添料阱、和折流板。排气塞一般包括一个具有一个配合到填料阱中的底板的深的圆柱形腔室。在把气体从电解槽中垂直排出时，较重的电解质落到腔室的底板上。腔室底板被形成为向一个中心排液和排气两用孔倾斜的斜度，通过它气体垂直地上升，并且使汇集在腔室底板上的电解质回流到电解槽中。在通过防止电解质到达出气口的折流板之后，汇集的气体通过出气口排放到环境中。美国专利4,186,247，4,338,383，4,562,126和4,636,446是垂直型排气系统的代表。

作为对比，水平型排气系统一般包括多个长的捕集室，一个排液和排气两用开口(与垂直型排气系统的开口类似)，多个折流板，和至少一个出气口。多个长捕集室水平延伸，跨越蓄电池的至少一部分。排液和排气两用开口横向地通过出气口。因此，进入捕集室的电解质和气体必须横向流过捕集室的长度，到达出气口。折流板控制气体的流动，并且捕集室的底板通常是倾斜的，以促使电解质通过排液和排气两用开口流回到电解槽中。水平型排气系统也可以包括一个允许气体在多个长捕集室之间和之中流通或混合的集流系统。集流系统的使用是为了减少排出气体所需的出气口的数量，从而降低成本。美国专利4,371,591，4,486,516，4,891,270和5,424,146是水平型排气系统的代表。