《蓄電池》雜志2009年第4期 裝配壓力的設(shè)計(jì)和應(yīng)用應(yīng)注意的細(xì)節(jié) 張?jiān)?摘要： 裝配壓力在閥控式密封鉛酸蓄電池的重要性勿庸置疑。然而， 裝配壓力設(shè)計(jì)及 實(shí)際應(yīng)用中卻有許多細(xì)節(jié)
《蓄電池》雜志2009年第4期
裝配壓力的設(shè)計(jì)和應(yīng)用應(yīng)注意的細(xì)節(jié)
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摘 要： 裝配壓力在閥控式密封鉛酸蓄電池的重要性勿庸置疑。然而，裝配壓力設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用中卻有許多細(xì)節(jié)值得注意，否則設(shè)計(jì)的裝配壓力并不合理，且電池達(dá)不到預(yù)期的效果。本文結(jié)合自己的工作經(jīng)歷，對(duì)一些實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行整理分析。
關(guān)鍵字： 閥控式密封鉛酸蓄電池 裝配壓力 設(shè)計(jì)和應(yīng)用 細(xì)節(jié)
The details in the design and application of assembling pressure
Zhang Yuan-bing
(Saite Power Source Science & Technology Co., Ltd，Fujian Quanzhou，365400)
Abstract：There is not doubt that the assembling pressure is very important in VRLA battery. However, we should pay more attention to many details in the design and application of assembling pressure. If the assembling pressure is not designed proper, the performance of battery will not get what we expected. As per my working experience, I analyze some praticl issues as following.
Key words：VRLA battery, assembling pressure, design and application, details
1引言：
采用緊裝配是閥控式密封鉛酸蓄電池的主要技術(shù)要點(diǎn)之一。在閥控式密封鉛酸蓄電池里，隔板必須與極板緊密接觸，使貯存在隔板里的電解液能快速、均勻且充足地提供給極板；另外，在充放電過(guò)程中，活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程中體積會(huì)發(fā)生變化，隔板必須緊貼極板以防止活性物質(zhì)松散脫落。但是，過(guò)緊的裝配壓力會(huì)造成吸酸空間及吸液率的下降、隔板纖維結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致隔板失去彈性等，且單體入槽及加酸工藝更難操作。因此，選擇合適的裝配壓力是至關(guān)重要的。對(duì)蓄電池中的正極活性物質(zhì)施加一個(gè)較高的壓力，可以明顯延長(zhǎng)電池循環(huán)使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，保持蓄電池在循環(huán)使用過(guò)程中正極活性物質(zhì)所受的壓力在40kPa左右是必要的［1］。
然而，裝配壓力的設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中卻有許多細(xì)節(jié)值得注意，否則設(shè)計(jì)的裝配壓力并不合理，且電池達(dá)不到預(yù)期的效果。本文結(jié)合自己的工作經(jīng)歷，對(duì)一些實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行整理分析。
2裝配壓縮比的設(shè)計(jì)：
設(shè)計(jì)中，常常用隔板在干態(tài)下被壓縮的比率這個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量電池的裝配壓力，即隔板的壓縮量與壓縮前的厚度的比值來(lái)計(jì)算。具體方法如下：
國(guó)際電池理事會(huì)(BCI)發(fā)布了關(guān)于壓縮率的計(jì)算方法［2］，具體如下：
CS = ［(dSl0一dSX )／dSl0］× 100%
式中：CS ------實(shí)際壓力下隔板的壓縮比；
dSl0 ------ l0kPa壓力下隔板的厚度；
dSX ------ 實(shí)際裝配壓力下隔板的厚度,即為極板的板間距；
上式中，
dSX = ( W - P+×n+ - P-×n- )/n
式中：W------電池槽垂直于極板平面的寬度；
P+------正極板的平均厚度；
n+------正極板的片數(shù)；
P-------負(fù)極板的平均厚度；
n-------負(fù)極板的片數(shù)；
n-------隔板的包覆層數(shù)；
值得注意的是，電池槽是塑料件，由于有一定的拔模斜度，且模具存在制造誤差及安裝誤差，所以電池槽底部的寬度比電池槽頂部的寬度更小。如12FM100AH(尺寸為331*173*217mm)的殼體，如果用電池槽底部的寬度與用電池頂部的寬度來(lái)計(jì)算，其壓縮比相差6%左右；而GFM系列、OPZV系列、OPZS系列電池由于殼體更高，則相應(yīng)的壓縮比誤差值將相差更大。為此，建議用極板入槽后極板高度的中部位置相對(duì)應(yīng)的電池槽寬度作為標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)計(jì)算。因此，我們要關(guān)注每個(gè)單格的拔模斜度及其偏差，使電池殼底部與上部的差值控制在最小范圍內(nèi)。
另外，為了保證裝配壓力的一致性，應(yīng)嚴(yán)格控制每批極板厚度的偏差。設(shè)計(jì)前，我們應(yīng)測(cè)量同一批次以及不同批次極板的厚度，應(yīng)了解極板厚度的偏差值及分布情況。一般情況下，極板越厚其重量也越重。因此，極板重量應(yīng)作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)納入到檢測(cè)項(xiàng)目當(dāng)中。
3隔板定量的確定：
定量是隔板的一個(gè)重要指標(biāo)，它用來(lái)表示單位體積隔板的重量。在相同壓力的情況下，不同定量的隔板，其壓縮變形量以及恢復(fù)性能是不一樣的。也就是說(shuō)，在一個(gè)給定的壓力情況下，定量高的隔板比定量低的隔板厚度減小要少些。因此，在設(shè)計(jì)壓縮比前，應(yīng)首先確定定量這一關(guān)鍵指標(biāo)。
一般來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)工藝不變的情況下，定量越高隔板所含細(xì)纖維比率也越高。高比率的細(xì)纖維，將會(huì)提高隔板的抗拉強(qiáng)度，使電池在較大裝配壓力下更具有可操作性；高比率的細(xì)纖維，將會(huì)降低隔板的平均孔隙，使隔板爬酸高度更高，電池將更不易產(chǎn)生酸分層現(xiàn)象；高比率的細(xì)纖維，將會(huì)提高隔板的壓縮恢復(fù)性能，將帶來(lái)電池更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。
值得注意的是：隔板的價(jià)格是以重量在計(jì)算，但實(shí)際是以面積在使用。因此，使用不同定量的隔板，其單只電池隔板的重量也不一樣，價(jià)格也就不一樣。
因此,不同要求電池、不同應(yīng)用場(chǎng)合的電池，其使用的隔板定量也不一樣。對(duì)于循環(huán)壽命要求更高的電池其隔板定量應(yīng)要求更高。
4隔板包覆方式的設(shè)計(jì)：
隔板的包覆方式有單包及雙包兩種方式。目前，大部分的電池組裝廠采用單包的包覆方式。單包即隔板只包正板，兩極板之間只有一片隔板紙；雙包即正負(fù)板均包，兩極板之間有兩片隔板紙。
單包和雙包各有其優(yōu)缺點(diǎn)。采用雙包其耐折性能能將更佳，因?yàn)楦舭搴穸仍奖?，其耐折性能將越好；采用雙包其安全性能將更佳，因?yàn)閮善舭逡瑫r(shí)破損并發(fā)生穿透的機(jī)率比單片低得多；采用雙包其隔板厚度均勻性更好，電池的均衡性和壽命將更佳。在相同設(shè)備、相同工藝及相同的環(huán)境條件下，制造的隔板越厚其纖維分散越不均勻、厚度均勻性越差。厚度均勻性差將導(dǎo)致隔板與極板接觸不均勻，從而導(dǎo)致電解液分布不均，電解液分布不均均導(dǎo)致放電電流不均勻，從而導(dǎo)致電池的使用壽命及一致性差。采用雙包的電池其厚度比單包電池的厚度約薄一半。因此，雙包電池其隔板厚度均勻性更佳、壽命也更長(zhǎng)。但是采用單包比雙包的生產(chǎn)效率快得多。因此，在單層隔板較厚以及電池性能要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，如GFM電池時(shí)，應(yīng)采用雙包；而在隔板較薄以及生產(chǎn)效率高的情況下，可采用單包。
采用雙包時(shí)，考慮到單體入槽的可操作性，使單體入槽時(shí)邊負(fù)板的隔板不會(huì)被擠破脫落，邊負(fù)板常常不包覆隔板。因此，邊負(fù)板與正板之間存在一片短的隔板紙。我們稱之為“0:2:0”的包覆方式，如圖一所示。
5網(wǎng)面朝向正板的問(wèn)題：
AGM隔板由于制程工藝形成網(wǎng)面和毛面。有些電池生產(chǎn)廠采用網(wǎng)面朝正板,也有些采用毛面朝向正板。筆者建議采用網(wǎng)面朝正板進(jìn)行包覆。
AGM隔板采用抄紙工藝成型，是將超細(xì)玻璃纖維與水、H2SO4混合經(jīng)打漿機(jī)攪拌后形成漿液，經(jīng)除渣機(jī)除去玻璃渣，然后經(jīng)流漿工藝形成片狀隔板，最后經(jīng)脫水、干燥、剪切形成隔板。在流漿工藝時(shí)，一般采用較大的壓力進(jìn)行抽真空，一般為0.04~0.06KPa。在抽真空的作用下，使水分往下移動(dòng)，且細(xì)纖維下沉與成形網(wǎng)接觸形成網(wǎng)面，而粗纖維在上層形成毛面。這樣，網(wǎng)面的細(xì)纖維數(shù)量大于粗纖維數(shù)量，導(dǎo)致網(wǎng)面的爬酸速度、爬酸高度和吸酸能力將大于毛面。實(shí)驗(yàn)證明：隔板在一定的壓縮狀態(tài)下，網(wǎng)面的爬酸速度明顯大于毛面，爬酸高度明顯大于毛面［3］。另外，隔板進(jìn)行耐煮性實(shí)驗(yàn)時(shí)，毛面常常更早發(fā)生松散、脫落，這是由于網(wǎng)面的細(xì)纖維數(shù)量更多，其抗拉強(qiáng)度更好的原因所致。因此，用網(wǎng)面朝向正板進(jìn)行包覆，對(duì)電池的性能更有好處。
6隔板寬度的設(shè)計(jì)：
如果隔板設(shè)計(jì)的太寬，在裝槽時(shí)隔板側(cè)面受到嚴(yán)重的壓縮，從而影響裝配可操作性，甚至在較低的裝配壓力下都很難入槽；如果隔板設(shè)計(jì)的太窄，電池單體旁邊易形成自由液，且容易產(chǎn)生正負(fù)極短路現(xiàn)象。一般情況下，小密電池隔板的寬度應(yīng)大于電池殼寬度的0.5mm ~1mm,大密電池隔板的寬度應(yīng)大于電池殼寬度的1mm ~1.5mm較為合理。
7生產(chǎn)過(guò)程中的注意細(xì)節(jié)：
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有許多小細(xì)節(jié)也不容忽視，否則達(dá)不到預(yù)期的效果。
包板時(shí)，應(yīng)在單體的外層包覆一層塑料薄。這樣做目的是使單體入槽時(shí)，邊極板的活性物質(zhì)不易被電池塑殼刮落而影響電池性能；另外也使塑殼與單體間的摩擦阻力下降，使入槽更加順暢。
燒極群前，應(yīng)調(diào)節(jié)底座，使底座寬度等于或略小于電池殼體的單體寬度；燒極群時(shí), 應(yīng)鎖緊底座，使焊接時(shí)極群處在壓縮的狀態(tài)下，與入槽后單體被壓縮狀態(tài)接近。
單體入槽前，可用工具對(duì)單體中下部位置進(jìn)行壓縮，這樣入槽將更容易些。同時(shí)，入槽工裝也是至關(guān)重要。入槽時(shí)應(yīng)控制好下降速度，避免速度過(guò)快造成的沖擊而使塑殼破損；同時(shí)，入槽時(shí)可采用漸進(jìn)式雙行程的方式，即先使單體插入一部分，然后再插至底部，這樣在緩沖的時(shí)候可對(duì)單體位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8結(jié)尾:
設(shè)計(jì)裝配壓力時(shí)，不但要注意理論計(jì)算，同時(shí)還要注重細(xì)節(jié)及實(shí)際可操作性。以上是筆者根據(jù)本公司的特點(diǎn)所撰寫。 同行的朋友應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)合理的裝配壓力。以上謹(jǐn)供業(yè)界人士參考。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 夏鵬等，隔板壓力對(duì)鉛酸電池性能的影響，蓄電池，2006，第2期
［2］ Battery Council International，Battery Technical Manual Test Methods for Recombinant Battery Separator Mat﹝RBSM﹞5/93﹝1993﹞
［3］ 劉世忠等，VRLA電池用AGM隔板性能的研究，蓄電池，2006，第1期
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