王麗齋，田李燕，陳志雪，孫曉飛，溫少花， 趙從?。L(fēng)帆股份有限公司，河北 保定 071057）

一種VRLA電池極群參數(shù)測試方法及應(yīng)用

王麗齋，田李燕，陳志雪，孫曉飛，溫少花， 趙從印
（風(fēng)帆股份有限公司，河北 保定 071057）

摘要：在 VRLA 蓄電池的實際生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到 AGM 隔板不同而造成蓄電池性能變化的情況。本文分析了極群參數(shù)測試的必要性，設(shè)計了測試裝置和測試方法。通過實例證明，測試 VRLA 蓄電池極群參數(shù)對生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：VRLA 電池；極群參數(shù)；AGM 隔板；飽和吸酸量；拉伸機(jī)；干/濕態(tài)壓力

0　前言

上世紀(jì) 90 年代開始，閥控式鉛酸（VRLA）蓄電池在國內(nèi)迅速流行起來，尤其是在通信、鐵路、電子等行業(yè)逐步取代了傳統(tǒng)的富液式電池，為鉛酸蓄電池行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的市場空間。 就像所有的工業(yè)產(chǎn)品一樣，閥控鉛酸蓄電池的設(shè)計、制造技術(shù)也經(jīng)歷了從不成熟到成熟的發(fā)展階段。通過廣大從業(yè)人員的不斷努力，對產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝、原材料純度、工藝布局、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制等進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，使閥控蓄電池產(chǎn)品質(zhì)量不斷進(jìn)步，產(chǎn)品進(jìn)入了成熟穩(wěn)定、可規(guī)?；⒔?jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的階段。 但是在 VRLA 蓄電池的實際生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到下列問題：

（1）極群入槽時，實際裝配壓力與設(shè)計壓力不符；（2）更換不同廠家及不同批號隔板時，電池的裝配壓力發(fā)生明顯變化；（3）在灌酸時，實際灌酸量與設(shè)計酸量不符；（4）灌酸前后極群裝配壓力的變化數(shù)據(jù)不清晰；（5）設(shè)計的隔板厚度和酸量是否合適；等等。

因此，測試閥控式鉛酸蓄電池極群參數(shù)，特別是測試干濕態(tài)壓力變化，為生產(chǎn)提供參考是必要的。

1　測試原理

吸酸量的多少直接影響到蓄電池的電性能，隔板的吸酸值應(yīng)越大越好[1]。但在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，細(xì)纖維含量高，漿液酸度低，烘干溫度低，能提高隔板的吸酸值，但可能造成強(qiáng)度降低。為此，選擇合適的吸酸值指標(biāo)對電池性能很重要[2]。VRLA 電池屬緊裝配電池，裝配壓力一般在 40～60 kg/dm2[3]，AGM 隔板在 VRLA 電池中處于壓縮狀態(tài)，因此，加壓吸酸量的測試很有實際意義。從吸酸量與壓縮率的關(guān)系可以看出，隔板的吸酸量是隨著其受壓狀態(tài)而變化的，壓縮率增大時其吸酸量相應(yīng)減少，呈非線性關(guān)系[4]。標(biāo)準(zhǔn) GB/ T 28535–2012 《鉛酸蓄電池隔板》對加壓吸酸量提出了要求，但對極群吸酸后的壓力變化缺乏規(guī)范。AGM 隔板是靠纖維材料相互搭接形成的（如圖 1），纖維結(jié)合強(qiáng)度相對較小。在壓力下纖維會發(fā)生一些位移，因此不同壓力下的隔板厚度會有明顯不同。由于玻璃纖維之間的結(jié)合力小，AGM 隔板吸收酸液后纖維發(fā)生松弛，表現(xiàn)為極群壓力的變小，而極群壓力的變化影響隔板與極板的接觸，對蓄電池的性能影響較大。

圖1　不同倍率的 AGM 隔板的 SEM 照片

針對上述問題，設(shè)計了一套測量極群干態(tài)、濕態(tài)（加酸后）壓力變化的實驗方法。試驗是在拉伸機(jī)上完成的（見圖 2）。本拉伸機(jī)除具有拉伸功能外，還具有最大 2000 N 壓力的壓縮功能。由于拉伸機(jī)是一種精密設(shè)備，在試驗過程中需要使用硫酸，因此在試驗前，需要對拉伸機(jī)的主要部件、臺面進(jìn)行必要的保護(hù)，以免受到試驗過程中濺出的酸滴、酸霧的腐蝕。

通過拉伸機(jī)對置于特制 ABS 塑料盒中的極群施壓，至單格厚度；加酸至飽和狀態(tài)，測量施壓過程中的壓力變化。根據(jù)測試結(jié)果推測電池組裝時的入槽壓力，確定極群入槽的可操作性，評判各批次隔板的穩(wěn)定性，評估成品電池中活性物質(zhì)所受的壓力，以預(yù)測電池性能；通過測定極群灌酸前后隔板的質(zhì)量變化，來計算隔板在壓力狀態(tài)下的吸酸量（加壓吸酸量[5]），為準(zhǔn)確計算單格灌酸量提供試驗數(shù)據(jù)。

對于臥放電池，本實驗方法誤差較小，對于正放電池，所測壓力含極群重量所產(chǎn)生的壓力，對壓力及隔板吸酸量的計算有一定影響。

圖2　本實驗方案用到的拉伸機(jī)

2　測試過程

2.1工裝及設(shè)備

試驗需要一臺拉伸試驗機(jī)、一個 ABS 塑料盒（長度、寬度要大于極群尺寸 10 mm 以上，高度大于極群厚度 35 mm 以上，在側(cè)面底部打孔，安裝帶有截止閥的酸液排放管。）、兩片 15 mm 厚ABS 壓塊（壓塊施壓面積大于極板面積）、一把卡尺和一個鬧鐘。

2.2測量極群干態(tài)壓力

預(yù)先稱量好極群的質(zhì)量 m0和極群中隔板的質(zhì)量 m1，將極群疊好待測。圖 3 中極群壓縮試驗裝置可根據(jù)所用極群大小更改，但極群大小不得超過拉伸機(jī)壓塊尺寸。在 ABS 塑料盒中先放入一片 ABS壓塊（下部壓塊），再放入要測試的極群， ABS壓塊、極群底部和一側(cè)面緊貼 ABS 塑料盒一角，要求極群完全在塑料墊板上，在極群正上方再放另一片 ABS 壓塊（上部壓塊），兩塊壓塊對齊，拉伸機(jī)以一定速度，緩慢將極群壓縮至規(guī)定的厚度（注意壓力不能超過試驗機(jī)最大量程），讀取此時的峰值壓力 P1，隨后壓力值逐漸降低。1 min 后，壓力值趨于穩(wěn)定，記錄壓力值 P2。

圖3　極群壓縮試驗裝置圖（1—拉伸機(jī)支架；2—上下壓塊；3—墊板；4—極群；5—塑料盒；6—酸液排放管；7—截止閥；8—拉伸機(jī)底座）

2.3測量極群過飽和態(tài)壓力

在塑料盒中加酸，并開始計時，要求在 2 min時間內(nèi)加酸至上部壓塊部分浸入酸中，液面不得超過上部壓塊上表面。之后酸液面持續(xù)下降，隨時注意液面變化并及時補(bǔ)液，確保上部壓塊 1/2 左右浸入酸中。7 min 時，壓力值趨于穩(wěn)定，記錄壓力值P3（極群處于過飽和狀態(tài)）。

2.4測量極群飽和態(tài)壓力

打開酸液排放管的截止閥閥門，將 ABS 塑料盒中的酸液排空，此時記錄酸液排空后的顯示壓力值 P4。

2.5測量并計算隔板在測定壓力下的吸酸量

操作拉伸機(jī)，回到零壓力狀態(tài)，移開上部壓塊，取出極群中的隔板，稱量其質(zhì)量 m2，計算出在 P4的壓力下極群的吸酸量（m2-m1）。

2.6計算不同狀態(tài)時的極群壓力

通過 P1、P2、P3、P4和極群面積 S 可定量計算不同狀態(tài)時的極群壓力。

3　應(yīng)用實例及結(jié)果分析

3.1應(yīng)用實例

使用厚度分別相同的正負(fù)的極板，正極板尺寸 147 mm ×131 mm×1.8 mm， 負(fù)極板尺寸 147 mm ×131 mm×1.4 mm；不同廠家的隔板，厚度為1.5 mm（10 kPa）。取 8 片正極板 9 片負(fù)極板組成三組樣品，每種隔板三個相同樣品，共 9 個極群，分別測量不同極群的干態(tài)壓力、過飽和壓力、飽和壓力，取平均值后作圖，見圖 4。同時測定了三家隔板的飽和吸酸量（表1），硫酸密度均為 1.275 g/cm3。

表1　三家隔板飽和吸酸量測定值

3.2結(jié)果分析

圖4 顯示，不同隔板的干態(tài)壓力、過飽和壓力、飽和壓力值有所不同。3# 隔板壓力最高，1#最低。表 1 表明三種隔板壓縮至相同厚度時，飽和吸酸量有所不同，2# 隔板的吸酸量最大。

圖4　不同隔板極群組在不同狀態(tài)下的壓力

AGM 隔板的成本是由玻璃纖維的成本決定的，甚至可以說成本是受玻璃纖維的粗細(xì)影響的，直徑越細(xì)，價格越高[6]。原因是纖維越細(xì)生產(chǎn)效率越低，耗能越高，而能源消耗是玻璃纖維成本的主要影響因素。對于 1# 隔板，粗纖維多，濕態(tài)壓力小，吸酸量低，綜合性能略差，但是價格便宜，適合低端電池使用。2# 隔板的濕態(tài)壓力較大，吸酸量大，細(xì)纖維多，成本略高，更適合長時率放電使用，且對電池的循環(huán)壽命有一定幫助，因此更適合溫差很大，放電深度很低，幾乎沒有維護(hù)等惡劣條件下的野外使用電池。3# 隔板的濕態(tài)壓力最大，吸酸量適中，比較適合于動力電池，當(dāng)然成本也不會很低。

4　結(jié)論

充分利用本實驗裝置的測試數(shù)據(jù)，對于 VRLA電池的設(shè)計、極群壓力抽樣檢查、隔板篩選具有實際意義。通過測量極群濕態(tài)壓力和吸酸量，可以篩選適合的隔板品種。通過抽檢極群壓力，判定隔板厚度偏差，提高電池的一致性，并對 AGM隔板有更加直觀的評價。通過測量極群在一定壓力下的吸酸量，反過來驗證吸酸量計算值，對于提高設(shè)計水平、減小計算與實際之間的偏差具有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王居, 等. 超細(xì)玻璃纖維隔膜技術(shù)條件分析[J] .電源技術(shù), 1997(1): 42.

[2] 包有富, 俞美雯. 關(guān)于超細(xì)玻璃纖維隔板吸酸值測定方法及指標(biāo)的探討[J]. 蓄電池, 1999(3)：19–20.

[3] 陳體銜，鄭君銑，張瑞恩. 電池裝配壓力對玻璃纖維隔膜的影響[J]. 蓄電池, 1996(2): 10–12.

[4] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB/T 28535–2012 鉛酸蓄電池隔板[S].

[5] 日捷蓄電池隔板有限公司. 氈型超細(xì)玻璃纖維隔板厚度、定量及吸酸量的測定[J]. 蓄電池, 1997(1): 10–14.

[6] 陳紅雨, 黃鎮(zhèn)澤.AGM 隔板的研究與應(yīng)用[J]. 蓄電池, 1996(2): 3–9.

A testing method of parameters of plate groups of VRLA batteries and its application

WANG Li-zhai, TIAN Li-yan, CHEN Zhi-xue, SUN Xiao-fei, WEN Shao-hua, ZHAO Cong-yin
(Fengfan Co., Ltd., Baoding Hebei 071057, China)

Abstract:It is often the case that the performance of VRLA batteries varies with different AGM separators during practical production. This paper analyzes the necessity of the testing for plate group parameters, and we specially designed testing devices and method. It is proved that the test of plate group parameters of VRLA batteries could improve the production in a certain sense of guidance.

Key words:VRLA battery; plate group parameter; AGM separator; saturated acid content; drawing machine; dry/wet pressure

中圖分類號：TM 912.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1006-0847(2015)05-237-04

收稿日期：2015–05–25