VRLA电池的结构设计和试制步骤.docVIP

1 概述 许多专家曾发表过关于阀控式密封铅酸蓄电池失效模式的文章，但是对于如何在结构设计和试制、生产工作中针对失效模式采取各种措施达到延缓失效时间、提高蓄电池放电容量、使用寿命、全面提高产品质量、减少质量反馈等方面的交流与讨论还并不太多；因此往往造成了—种误解。特别是有些较小的蓄电池企业口头上承认阀控式密封铅酸蓄电池(以简称VRIA)是高科技产品，而实际上却在无标准、无图纸、无工艺的前提下手工生产。原材料、半成品、成品。没有全面性能的测试数据，部级入网检测项目中没有寿命试验考核数据(失效期) VRIA产品不但要有符合标准的初期容量，而且还要达到符合标准的使用寿命。据悉，中国较早开发生产的VRLA产品，在电信部门使用也有的超过了10a，但这是少数，而多数厂家则是在长期的生产过程和用户反馈中才发现并逐步解决了气胀、渗漏、干涸、浮充电压不匀、初容量衰减太快、内部短路、自放电太大等促使电池早期失效的问题。目前有些用户在招标书中明确提出技术要求，如2V系列通信用VRLA产品，浮充使用10a以上。其他性能指标也相应提高。笔者认为：应在产品结构设计和试制工作步骤中体现出如何能达到提高产品性能的目的。 2 产品结构设计 无足够的投资不可能开发自已独特结构的产品，而产品结构只能依靠电池槽、盖专业厂供应，按槽、盖尺寸优选内部结构设计。 现以12V—100Ah产品为例阐述如下： 2.1 根据电池槽单格有效尺寸162mm×64 mm×182 mm设计板栅的尺寸结构，首先应考虑采用何种合金，共耐腐性较好；结合文献资料和自己实践，采用尽可能的合金配方。除要求原材料高 纯度外，正板栅选择低钙高锡多元合金Pb—Ca 0.06％～0.08％—Sn0.7％～0.9％—Al 0.02％～0.03％～Cd0.1％～0.2％，同时确定板栅的结构尺寸。 2.2 在板栅结构设计前应确定每片正极板额定容量，尽量做到系列化、尽管业内前辈早已提倡设计窄高型极板，但目前的槽、盖供应商并无此系列配套，而是在极板宽度方向不变，极板群长度方向不同，规定不同规格容量的VRLA产品。根据通信用、电力用及UPS用标准，要求浮充运行使用寿命至少要3a，容量下降至额定容量的80％就为寿命终止。VRIA产品失效模式中正板栅耐腐性与失效期关系极大，在采用耐腐性同样的合金时，正板栅尺寸及几何形状成为结构设计的关键问题之一。由给定的体积计算极板群尺寸。一般经验是极板群体积占内空体积的78％左右。确定高度。由槽单格宽160mm，海边隔板宽出极板3～4mm，确定板栅宽度。按极板群中的极板中心距取7～8 mm，正极板取7片。每片额定容量为C10＝100／7＝14.3 Ah／片，C20＝15Ah／片。 2.3 正板栅厚度的确定 根据业界老前辈吴寿松先生、朱松然教授总结的经验公式： ? L＝板栅高(mm)、W＝板栅宽(mm)、T＝板栅厚(mm)，取L=150、W=152、C10=14.3、≈2.70 mm。为了使容量有所富裕，取T=2.8mm。 正板栅厚度确定之后，按现代VRLA基本理论，正、负板栅厚度之比应为10：7或3：2，按国内的现有技术水平取10：7，负板栅厚度为：2.8×0.7 =1.96mm取2.0mm。 2.4 栅筋尺寸、形状的设计 我们从多年生产Q型蓄电池产品性能得知，不论是起动性能、还是使用寿命都与栅筋尺寸、形状、疏密有很大关系；VRLA产品更为重要。因此应总结经验，并简单计算导电分布。一片C10= 14.3Ah的极板如按5倍率放电时，通过极耳截面的电流为14.3×5=71.5 A。若取极耳宽16mm，厚度为2.8mm，其电流密度 ? (一般情况下不会有如此大的电流)。标准中规定是3倍率放电，(就是破坏性试验了)。所以应设计竖筋截面不少于44.8X÷3/5≈27mm2，也就足够了。综上所述：纵筋上部截面总和约需27mm2，而且应向极耳集中，设计成辐射形为好。根据经验取辐射形竖筋12条，每条平均横截面为2.6× 1.6mm2的菱形，截面积为1.3×2× 2.6=2.08mm2，总平均2.08×12≈25mm2(已接近27mm2)。所以 就设计成每条竖筋上粗、下细(锥形)，上密，下疏。向极耳集中，上横边框也呈楔形。如图l所示。横筋设计为21根.中心距为6～6.5 mm，也就是近椭圆的菱形；横截面2.6×1.2mm2。 ?? 负板栅栅筋照比例计算，分布形式与正板栅相对。 2.5 极板群的设计 负极板群长度，最大尺寸64mm(等于电池槽单格有效长)。经计算取极群中极板中心距为8.8 mm。负极群长为8.8×7+2.2=63.8 mm。汇流排厚度取7～8mm、宽度16～18mm、至半圆极柱平面 线宽28～30mm，最大导电截面7×28