VRLA電動車電池的設(shè)計方案

1 前言

　　隨著環(huán)保理念的深入人心、小康社會的逐步實現(xiàn)，交通工具多樣化在中國被大眾廣泛接受。電動助力自行車作為交通工具的補(bǔ)充，起著代步和健身的雙重作用，市場前景日漸看好。電池作為電動車的關(guān)鍵產(chǎn)品，其質(zhì)量在逐步提高，但也暴露出一些問題。它的設(shè)計理念既不同于通信用閥控電池，也不同于UPS備用電源的閥控電池與汽車電池。它應(yīng)該說是用途較特殊的閥控電池。所以，應(yīng)根據(jù)它的使用途徑，比如容量、壽命和一致性等，作出特殊設(shè)計。

　　2 設(shè)計方案

　　2.1 電池槽

　　目前電動車電池普遍采用外型尺寸為151 mln×98 mln×94 Hlrn的電池槽。其單格有效尺寸：48mln×46 mln×84 mln。將極板尺寸設(shè)計為44 mln×68 millo2.2 板柵合金配方。

　　考慮到電動車電池屬于深放電循環(huán)使用，正板柵采用低銻多元合金（Sb 1.5％），添加銅（Cu0.04％）、非金屬砷（As 0.3％）。銅、砷是很好的成核變晶劑，可有效防止Sb在鑄板過程中產(chǎn)生的熱裂并提高鑄件的硬度，As有利于提高合金的耐腐蝕性。負(fù)板柵采用傳統(tǒng)的Pb-_Ca_A1.sn配方，適當(dāng)增加Ca含量（O.1％）。

　　2.3 空間極板體積與片數(shù)

　　根據(jù)VRLA電池的一般經(jīng)驗，極群體積占內(nèi)空體積的75％ ～78％ ，考慮到容量體積比，確定極板群總厚度為35 mln。片數(shù)C10=14.7÷7=2.1 Ah／片（以保證C2=O.72C10）確定正板7片、負(fù)板8片。

　　2.4 正板柵厚度設(shè)計

　　L= 板柵高；W=板柵寬；T=板柵厚；取L=68； W=4 ；C10=2.1； T=2.79 mm；考慮到裝配，取T=2.7 IYl／n。

　　正板柵厚度確定之后，按VRLA基本理論，正負(fù)板柵厚度比一般為3：2，這樣，負(fù)板柵厚度為：2.7X0.65=1.7 tnm。

　　2.5 板柵筋條的尺寸、形狀的設(shè)計

　　正極板一片C10=2.1 Ah的極板如按5倍率放電，通過極耳截面的電流為2.1 X 5=10.5 A。若取極耳寬4 into，厚2.7 tnm，其電流密度 10.5／（4x 2.7） =0.97 A／mm2，極耳截面足夠了。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定1.5倍率放電，所以，設(shè)計豎筋條總截面在10.8X 1.5／5≈ 3.2 mm2左右，筋條數(shù)為3根，中心距10.25 tnm，截面為1.1 X 1.0菱形，截面積為1.1 X1.0=1.1mm2 。總截面1.1 X 3=3.3mm2。已經(jīng)大于3.2 。橫筋條設(shè)計為4根，中心距13.0 mm，截面為0.8 X 1.0的三角形。筋條數(shù)這樣設(shè)計，主要是增加極板吃膏量，但還要考慮極板強(qiáng)度。負(fù)板柵筋條的設(shè)計按正板柵比例計算，分布形式與正板柵對應(yīng)。

　　2.6 鉛膏配方的確定

　　正極鉛膏采用高含酸量（49 g／kg），高視密度（4.35 cm3）配方，鉛粉氧化度保證在80％以上。

　　因該電池是中倍率深放電循環(huán)使用，活性物質(zhì)利用率不宜過高。在正膏中適當(dāng)添加高純石墨（0.5％），以提高初期容量。

　　負(fù)極鉛膏在常規(guī)配方中，將腐植酸和木素磺酸鈉混合使用，這樣電池的低溫效果和防止極板鈍化有明顯提高。

　　高視密度鉛膏可能會造成手工涂填困難，筆者在實際操作中，利用加水加酸的搭配程序，掌握氧化時間，既催鉛粉進(jìn)一步氧化又使1BS到3BS順利形成，又使手工涂填方便。

　　2.7 固化方式的確定

　　因板柵在設(shè)計時格狀網(wǎng)絡(luò)較稀疏，為了進(jìn)一步增加極板機(jī)械強(qiáng)度，固化采用高溫高濕固化。

　　高溫高濕固化的優(yōu)點是極板鉛膏中的三堿式硫酸鉛（3BS）轉(zhuǎn)變?yōu)樗膲A式硫酸鉛（4BS），其反應(yīng)式：

　　4BS是針狀晶體，相互問搭成網(wǎng)狀，提高了生極板的機(jī)械強(qiáng)度。

　　2.8 化成方式的確定

　　我們知道，生極板的主要物質(zhì)是PbO、3PbSOPbSO4.H2O，經(jīng)過化成后極板物質(zhì)為Ph0）（二種變體）和Pb。

　　電動車電池強(qiáng)調(diào)的是壽命和容量，而鉛酸電池的壽命和容量又是一對矛盾。為了兼顧二者，適當(dāng)增加化成時充人的電量。一般常規(guī)充人量是額定容量Cl0的3～5倍，我們制定為6～8倍。在不增加化成時間的前提下提高充電電流，這樣化成時的電解液溫度較高，我們用特制塑料細(xì)管向化成槽底部通以一定壓力的壓縮空氣，對電解液進(jìn)行攪拌，這樣電解液溫度在40cc以下且電解液濃度均勻。

　　2.9 裝配過程中的工藝控制

　　電動車電池在使用中有3個關(guān)鍵指標(biāo)，容量、壽命和組合一致性。電池在裝配制造過程中，控制好各道工序是保證以上3個指標(biāo)的前提。特別是組合一致性，要求極板的質(zhì)量誤差越小越好。另外，裝配壓縮比、隔板飽和吸酸量、初充電制式等都應(yīng)嚴(yán)格控制。

　　超細(xì)玻璃纖維隔板（AGM）是閥控電池的重要材料，有些廠家不注重隔板材料的選購，一味追求低價格的AGM隔板，這樣會造成一些潛在的隱患。

　　筆者通過長期的實踐，認(rèn)為選購高堿棉的AGM隔板、隔板孔徑16～17 tma為好。

　　電解液中適當(dāng)添加硫酸鈉（Na2SO4），可抑制電池在深放電時產(chǎn)生的微小枝晶，防止電池產(chǎn)生微短路。

　　3 結(jié)束語

　　設(shè)計的產(chǎn)品經(jīng)近一年半的測試并實際運(yùn)行，其壽命和容量均在設(shè)計范圍以內(nèi)。產(chǎn)品的設(shè)計理念要符合產(chǎn)品實際的用途，另外，宣傳產(chǎn)品的正確使用方法也是制造廠家的責(zé)任。有理由相信，在科技日臻發(fā)展的今天，閥控式鉛酸蓄電池在電動自行車上首選使用，必將被大眾所接受。