[發明專利]使用電解質攪拌器對鉛酸電池進行脫硫

在審

• 申請號: 201880099320.3
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN113016098A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 嚴一春;D·G·里奇;S·哈桑;L·K·溫格爾;V·K·薩德卡
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鐘茂建;周學斌

一種電池維護系統包括外殼，所述外殼包括多個壁。多個電池單元位于外殼中并且被電解質包圍。諸如壓電設備的電解質攪拌器被附接到外殼的壁中的至少一個壁，并且被配置成選擇性地攪拌電解質。

介紹

本部分中提供的信息用于一般地呈現本公開的背景（context）的目的。在本部分中描述它的范圍內，當前命名的發明人的工作，以及在提交時可能在其他方面不符合（qualify as）現有技術的描述的方面，既不明確也不隱含地被認為是針對本公開的現有技術。

本公開涉及電池系統，并且更特別地涉及用于攪拌電池外殼中的電解質的系統和方法。

鉛酸（PbA）電池已經被用于包括在車輛中供電的多種應用中。電池通常包括被浸入電解質中的多個電池單元。當電池處于放電狀態中時，電池的正極板和負極板變成硫酸鉛（II）（PbSO₄），并且電解質變成稀硫酸（H₂SO₄）。經過通過負載將電子從負極板傳導回到正極板處的單元中來驅動放電過程。

負極板反應為Pb（s）+HSO₄（aq）→PbSO₄（s）+H+（aq）+2e-。產生的導電電子將板中的一個充電至凈負電荷。隨著電子積累，產生電場，該電場吸引氫離子，并且排斥硫酸根離子。這導致負極板的表面附近的雙層。氫離子從溶液中篩選（screen）負極板，這限制了進一步的反應，除非允許電荷流動。

正極板反應為PbO₂（s）+HSO₄（aq）+3H⁺（aq）+2e^-→PbSO₄（s）+2H₂O（l）。總反應可以被寫成Pb（s）+PbO2（s）+2H₂SO₄（aq）→2PbSO₄（s）+2H₂O（l）。在充滿電的狀態下，負極板為鉛（Pb），正極板為二氧化鉛（PbO₂），并且電解質為濃硫酸。

當由于硫酸化（sulfation）而放電太長時間時，電池失去接受電荷的能力。硫酸化包括硫酸鉛的結晶。電池的板上的活性材料鉛和二氧化鉛與電解質中的硫酸反應以形成硫酸鉛。硫酸鉛最初以細分的無定形狀態形成，并且當電池再充電時，容易還原成鉛、二氧化鉛和硫酸。在多次充電/放電循環后，一些硫酸鉛不會重新結合到電解質中，而是慢慢轉化為穩定的晶體形式，其在再充電期間不會還原回來。結果，少于全部的鉛返回到電池板，并且可用于產生發電的活性材料的量下降。

除了硫酸化，還可能發生分層（stratification）。分層指代從電解質的上部到電解質的下部的電解質的組成中的變化。諸如硫酸的電解質具有比水更高的密度。充電期間在板處形成的電池酸向下流動并聚集在電池外殼的底部處。隨著時間的推移，電解質將通過擴散再次達到均勻的組成。然而，部分充電和放電的重復的循環將增加電解質的分層。分層降低電池的容量和性能，因為降低的酸濃度限制板活化。分層也促進了板的上部上的腐蝕和板的下部上的硫酸化。

發明內容

電池維護系統包括外殼，所述外殼包括多個壁。多個電池單元位于外殼中并被電解質包圍。附接到外殼的壁中的至少一個壁的電解質攪拌器被配置成選擇性地攪拌電解質。

在其他特征中，多個電池單元包括鉛酸電池單元，并且電解質包括硫酸。電解質攪拌器位于外殼的多個壁中的至少一個壁的外表面上。電解質攪拌器位于外殼的多個壁中的至少一個壁的內表面上，并與電解質直接接觸。電解質攪拌器包括壓電設備。電解質攪拌器包括壓電懸臂。

在其他特征中，電解質攪拌器位于外殼的多個壁中的至少一個壁的外表面上。能量分散材料位于電解質攪拌器和電解質之間。

在其他特征中，反饋設備被附接到外殼。控制器被配置成響應于來自反饋設備的反饋來控制電解質攪拌器。電解質攪拌器包括第一壓電設備，并且反饋設備包括第二壓電設備。