閥控式鉛酸蓄電池生產(chǎn)過程的控制分析

陳鳳偉

摘 要：閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）由于裝置便捷、維護(hù)次數(shù)少以及高倍率的電能特性，容易給人造成其屬于免維護(hù)蓄電池而疏于質(zhì)量控制與維護(hù)，進(jìn)而在使用中出現(xiàn)電解液干涸、負(fù)極板硫酸鹽化、熱失控等一系列問題，而問題的產(chǎn)生除去和電池使用條件息息相關(guān)外，還與其生產(chǎn)過程有密切關(guān)聯(lián)。本文概述了閥控式鉛酸蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，對(duì)生產(chǎn)過程中存在的問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)地控制策略。

關(guān)鍵詞：閥控式鉛酸蓄電池；VRLA；生產(chǎn)過程

0.引言

VRLA電池最初在二十世紀(jì)七十年代由國外研制投產(chǎn)，我國在一九八五年開始引進(jìn)生產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，VRLA電池因?yàn)榫哂袩o需補(bǔ)水、酸霧少、不漏液等優(yōu)勢(shì)，一經(jīng)投產(chǎn)便廣泛應(yīng)用。VRLA電池盡管具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也存在著電池均一性一般、自放電速度過快、使用壽命短等劣勢(shì)，而這些問題的出現(xiàn)和VRLA設(shè)計(jì)、使用條件以及生產(chǎn)過程控制均有著重要影響。

1.閥控式鉛酸蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

1.1閥控式鉛酸蓄電池發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國內(nèi)外生產(chǎn)VRLA電池主要基于AGM技術(shù)和GEL技術(shù)。前者電池內(nèi)部并無電解液，而是采用超細(xì)玻璃纖維隔板，在汲取大量的電解液后，保持10%孔隙作為復(fù)合通道，讓正極析出氧氣可以在負(fù)極進(jìn)行復(fù)合。極群實(shí)施緊裝配、極群間對(duì)焊，因此內(nèi)部的內(nèi)阻很小，適用于大電流放電。AGM技術(shù)能夠令氣體保持超高的復(fù)合率，內(nèi)部基本沒有游離酸，具有自放電小、充電速度快的電池性能。GEL技術(shù)則采取富液式設(shè)計(jì)，由于膠體的固定使得電解液基本上無分層，高溫下，膠體電池仍然具備長壽命性能。需要注意的是，該技術(shù)中電池內(nèi)部氧的復(fù)合通道主要是依據(jù)膠體收縮所起的裂紋來實(shí)現(xiàn)，復(fù)合效率一般，控制閥時(shí)常會(huì)產(chǎn)生酸霧，無法真正意義上體現(xiàn)密封蓄電池的環(huán)保性。VRLA技術(shù)的出現(xiàn)直接推進(jìn)了鉛酸蓄電池的革命，將鉛酸蓄電池重新帶入了繁榮的發(fā)展時(shí)期。

1.2挑戰(zhàn)

如圖1所示，鉛酸蓄電池發(fā)展成閥控式設(shè)計(jì)，必定會(huì)引發(fā)電池結(jié)構(gòu)性的變化，這也就給技術(shù)人員克服鉛酸蓄電池使用壽命短的問題帶來了全新的挑戰(zhàn)，力求讓電池?zé)o需維護(hù)、無酸溢出、高速率放電。

2.制約閥控式鉛酸蓄電池正常使用的因素

2.1溫度環(huán)境

VRLA電池多采用貧液設(shè)計(jì)，溫度環(huán)境不僅會(huì)影響VRLA電池浮充電壓，更會(huì)從實(shí)質(zhì)上改變放電容量。相同的電池，且在放電速率一樣的情況下，在特定環(huán)境溫度放電，放電容量會(huì)隨環(huán)境溫度的升高而降低。處在高溫環(huán)境中，電池內(nèi)部電解液的黏液會(huì)降低，在提高導(dǎo)電性能的同時(shí)，放電容量加大[1]。如果在50℃超放電，電池容量則會(huì)顯著減小。高溫環(huán)境下對(duì)VRLA電池的使用壽命會(huì)有很大影響，如溫度升高，電池內(nèi)部極板的腐蝕將進(jìn)一步加劇，消耗水量更大，蓄電池壽命也會(huì)有所縮短。

2.2過度放電

過度放電基本出現(xiàn)于交流電源停電之后，電池呈負(fù)載供電形勢(shì)下。如VRLA電池過度放電至電壓過低時(shí)，會(huì)致使其內(nèi)部產(chǎn)生大量硫酸鉛被吸附到電池陰極，導(dǎo)致硫酸鹽化。硫酸鉛屬絕緣體，進(jìn)而對(duì)VRLA電池的充、放電形成不良后果?？梢悦鞔_，電池陰極中的硫酸鹽成分越多，其內(nèi)部的內(nèi)阻就越大，充放電性能大打折扣，使VRLA電池?zé)o法正常使用。

2.3浮充電

浮充電會(huì)導(dǎo)致VRLA電池陽極極板鈍化，內(nèi)阻變大，電池容量下降，從而致使電池壽命大幅縮短。

3.閥控式鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝控制

3.1雜質(zhì)含量

控制雜質(zhì)，絕非是指所用原材料純度越高，必要的雜質(zhì)對(duì)VRLA電池是有益的。本文所說的控制雜質(zhì)控制是指對(duì)有害雜質(zhì)進(jìn)行控制，在將其控制在最低水平的基礎(chǔ)上，特別要控制可能會(huì)降低H2的析出電位，加速放電雜質(zhì)如Sb.Fe。

高品質(zhì)的VRLA電池，必定要使用高品質(zhì)的原材料。相較于傳統(tǒng)的富液式鉛酸蓄電池，VRLA電池對(duì)雜質(zhì)含量要求更加嚴(yán)格，如富液式鉛酸蓄電池對(duì)金屬鉛及合金的雜質(zhì)含量要求一般控制在0.001%，而VRLA電池則要至少控制在0.0001%。

生產(chǎn)期間對(duì)工裝設(shè)備的選擇，也需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，不然則會(huì)變成VRLA電池雜質(zhì)源。如相當(dāng)數(shù)量的和膏機(jī)都是襯套不銹鋼板，在長時(shí)間的磨損之后，會(huì)出現(xiàn)砂眼，和膏用酸滲入后引發(fā)銹蝕，和膏時(shí)酸液混入鉛膏，導(dǎo)致鉛膏鐵含量猛增出現(xiàn)雜質(zhì)污染。

3.2板柵控制

鑄造鉛銻合金技術(shù)絕不可全部嫁接到鉛鈣合金中來，鑒于后者冷卻區(qū)域非常窄，所以必定會(huì)比前者難治更多。對(duì)此，需要首先控制Ca含量。金屬熔化時(shí)生成氧化物，為了盡快的得到時(shí)效硬化板柵，控制Ca含量十分重要。須知如果Ca過低，板柵就會(huì)發(fā)生混合不穩(wěn)定的顆粒狀態(tài)，非常容易遭受腐蝕，含錫板柵無法硬化。第二，控制合金、模具溫度。按照板柵所要求的厚度與合金成分，調(diào)整合金鍋與模具溫度，特別在鑄板前模具溫度必須滿足既定標(biāo)準(zhǔn)，澆注時(shí)應(yīng)當(dāng)快速，定模時(shí)間短。

如要保證耐腐蝕性能而不讓板柵發(fā)生裂紋、縮孔現(xiàn)象，就一定要合理的控制合金冷卻速度。過冷度是與合金溫度、模具溫度和冷卻速度有關(guān)的物理量[2]。

3.3鉛粉控制

保證鉛粉能夠有序的生產(chǎn)，就一定要控制好生產(chǎn)階段的熱量平衡與物料平衡。形成熱量的原因除去焓變外，更有物理意義上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變。消耗熱量的原因基礎(chǔ)上是通風(fēng)系統(tǒng)送入室溫的氣體而帶走高溫的氣體和鉛粉，進(jìn)料升溫和鉛粉機(jī)向環(huán)境散熱。生產(chǎn)過程中，升溫操作包括：關(guān)閉正負(fù)風(fēng)機(jī)，進(jìn)料以加強(qiáng)負(fù)載。降溫則是為了加大負(fù)壓和正壓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)量，應(yīng)當(dāng)保證物料平衡，均勻進(jìn)料，保證鉛粉速度相當(dāng)。為了確保鉛粉生產(chǎn)質(zhì)量，需要對(duì)其氧化度、視密度、吸酸量等各個(gè)理化指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。一旦其視密度過低時(shí)，鉛粉中游離鉛含量增高，極板固化階段，出現(xiàn)固化的極板水分流失會(huì)很快。導(dǎo)致固化之后的極板中游離鉛含量猛增，活性物質(zhì)發(fā)生裂紋。

4.結(jié)束語

綜上所述，從鉛酸蓄電池的發(fā)展歷程不難發(fā)現(xiàn)免維護(hù)、輕量化、低能耗、高功率是未來蓄電池技術(shù)發(fā)展的核心。文章通過分析VRLA電池使用壽命的影響因素，證實(shí)VRLA電池發(fā)生故障是有跡可循的，利用切實(shí)可行的生產(chǎn)控制管理，能夠提高VRLA電池的運(yùn)行維護(hù)水平，這需要國內(nèi)外研究人員持續(xù)努力。

參考文獻(xiàn)

[1]劉丹.單體閥控式鉛酸蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)的研制[D].華中科技大學(xué)，2012.

[2]魏曉斌，張磊，張光.溫度對(duì)閥控式鉛酸蓄電池的影響分析[J].電源技術(shù)，2014，17（02）：37+40.