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VRLA電動汽車電池的設計方法

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年06月01日  

1前言


隨著環保理念的深入人心、小康社會的逐步實現,交通工具多樣化在我國被大眾廣泛接受。電動助力自行車作為交通工具的補充,起著代步和健身的雙重用途,市場前景日漸看好。電池作為電動汽車的關鍵產品,其質量在逐步提高,但也暴露出一些問題。它的設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。它應該說是用途較特殊的閥控電池。所以,應根據它的使用途徑,比如容量、壽命和一致性等,作出特殊設計。


2設計方法


2.1電池槽


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


考慮到電動汽車電池屬于深放電循環使用,正板柵采用低銻多元合金(Sb1.5%),添加銅(Cu0.04%)、非金屬砷(As0.3%)。銅、砷是很好的成核變晶劑,可有效防止Sb在鑄板過程中出現的熱裂并提高鑄件的硬度,As有利于提高合金的耐腐蝕性。負板柵采用傳統的pb-_Ca_A1.sn配方,適當新增Ca含量(O.1%)。


2.3空間極板體積與片數


根據VRLA電池的一般相關經驗,極群體積占內空體積的75%~78%,考慮到容量體積比,確定極板群總厚度為35mln。片數C10=14.7÷7=2.1Ah/片(以保證C2=O.72C10)確定正板7片、負板8片。


2.4正板柵厚度設計


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


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


2.5板柵筋條的尺寸、形狀的設計


正極板一片C10=2.1Ah的極板如按5倍率放電,通過極耳截面的電流為2.1X5=10.5A。若取極耳寬4into,厚2.7tnm,其電流密度10.5/(4x2.7)=0.97A/mm2,極耳截面足夠了。標準規定1.5倍率放電,所以,設計豎筋條總截面在10.8X1.5/5≈3.2mm2左右,筋條數為3根,中心距10.25tnm,截面為1.1X1.0菱形,截面積為1.1X1.0=1.1mm2。總截面1.1X3=3.3mm2。已經大于3.2。橫筋條設計為4根,中心距13.0mm,截面為0.8X1.0的三角形。筋條數這樣設計,重要是新增極板吃膏量,但還要考慮極板強度。負板柵筋條的設計按正板柵比例計算,分布形式與正板柵對應。


2.6鉛膏配方的確定


正極鉛膏采用高含酸量(49g/kg),高視密度(4.35cm3)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使用,活性物質利用率不宜過高。在正膏中適當添加高純石墨(0.5%),以提高初期容量。


負極鉛膏在常規配方中,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


因板柵在設計時格狀網絡較稀疏,為了進一步新增極板機械強度,固化采用高溫高濕固化。


高溫高濕固化的優點是極板鉛膏中的三堿式硫酸鉛(3BS)轉變為四堿式硫酸鉛(4BS),其反應式:


4BS是針狀晶體,相互問搭成網狀,提高了生極板的機械強度。


2.8化成方式的確定


我們了解,生極板的重要物質是pbO、3pbSOpbSO4.H2O,經過化成后極板物質為ph0)(二種變體)和pb。


電動汽車電池強調的是壽命和容量,而鉛酸電池的壽命和容量又是一對矛盾。為了兼顧二者,適當新增化成時充人的電量。一般常規充人量是額定容量Cl0的3~5倍,我們制定為6~8倍。在不新增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,我們用特制塑料細管向化成槽底部通以一定壓力的壓縮空氣,對電解液進行攪拌,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


電動汽車電池在使用中有3個關鍵指標,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個指標的前提。特別是組合一致性,要求極板的質量誤差越小越好。另外,裝配壓縮比、隔板飽和吸酸量、初充電制式等都應嚴格控制。


超細玻璃纖維隔板(AGM)是閥控電池的重要材料,有些廠家不重視隔板材料的選購,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,認為選購高堿棉的AGM隔板、隔板孔徑16~17tma為好。


電解液中適當添加硫酸鈉(Na2SO4),可抑制電池在深放電時出現的微小枝晶,防止電池出現微短路。


3結束語


設計的產品經近一年半的測試并實際運行,其壽命和容量均在設計范圍以內。產品的設計理念要符合產品實際的用途,另外,宣傳產品的正確使用方法也是制造廠家的責任。有理由相信,在科技日臻發展的今天,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。


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