雙連接式鉛蓄電池的研發(fā)

沈旭培，楊新明，方明學(xué)

（天能電池集團(tuán)有限公司，浙江 湖州 313100）

0 引言

隨著汽車制造技術(shù)的進(jìn)步和消費(fèi)者需求的上升，車輛上的用電器越來越多，如空調(diào)、影像機(jī)、照明系統(tǒng)、電動(dòng)座椅和電動(dòng)門窗等。因此，蓄電池的功能除了起動(dòng)引擎外，更大一部分體現(xiàn)在對(duì)用電器的服務(wù)上。目前，引擎系統(tǒng)和用電器與蓄電池的連接均歸集于正、負(fù)極端子上。為了更方便起見，部分汽車研發(fā)者設(shè)想將車輛的各用電系統(tǒng)采用分類性連接，在保證用電系統(tǒng)正常工作的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)操作上的便利，減少各用電器元件之間的干擾幾率。

筆者以 6-QW-60 起動(dòng)用蓄電池為代表，與某汽車制造廠研發(fā)者共同努力，研發(fā)出一款雙連接式蓄電池，初步實(shí)現(xiàn)引擎系統(tǒng)獨(dú)立連接，照明系統(tǒng)、信號(hào)燈、電氣設(shè)備和其它輔助用電器集中并聯(lián)的方式，以滿足車輛的多功能要求。

1 電池設(shè)計(jì)

1.1 正面端子與蓄電池槽

鉛蓄電池的端子[1]多數(shù)位于其頂部。然而，在雙連接式鉛蓄電池的頂部和正面均設(shè)置有連接端子，即頂部端子置于蓄電池蓋上，正面端子置于蓄電池槽上。由于裝配結(jié)構(gòu)的限制，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)后，決定對(duì)正面端子采取螺紋連接式。螺紋連接式端子輪廓被設(shè)計(jì)成正六邊形[2]。鋸齒狀結(jié)構(gòu)的圓周與蓄電池槽密封配合，杜絕漏液現(xiàn)象。在極群組下槽后，電池封蓋前即完成端子焊接，對(duì)焊接質(zhì)量更有保障。正面端子與蓄電池槽配合狀態(tài)見圖 1。

圖1 正面端子與蓄電池槽配合狀態(tài)

1.2 匯流排

由于雙連接式鉛蓄電池具有頂面和正面同時(shí)輸出能量的功能，因此電池兩端的匯流排、極柱和正面引出鉛套三者為一體（見圖 2）。同時(shí)，為了降低內(nèi)阻，將連接頂面端子的極柱置于匯流排正中央，以減小電流傳輸路徑[3]。連接正面端子的引出鉛套被設(shè)計(jì)成單向開口嵌入式。因?yàn)殂U套與端子的配合和極群組下槽同步完成，所以在制造工藝上不增加任何難度。

圖2 匯流排、極柱和正面引出鉛套

1.3 端子焊接

在蓄電池裝配工藝中增加了 1 步——正面端子焊接。工藝流程如下：……極群組入槽→正面端子焊接→穿壁焊→封蓋→頂面端子焊接……正面端子的焊接在極群組入槽后開始。由于匯流排結(jié)構(gòu)的因素，同時(shí)為了保護(hù)隔板[4]，因此采用了碳棒焊接工藝（見圖 3）。焊接后的極群組狀態(tài)、封蓋，及成品電池如圖 4 所示。

1.4 電池容量和壽命

汽車起動(dòng)后，由發(fā)電機(jī)向所有用電器供電，同時(shí)向蓄電池充電。在汽車運(yùn)行時(shí)，蓄電池始終保持著充足的電量以供使用。但據(jù)了解，部分駕駛員時(shí)常在車輛熄火后長時(shí)間使用車載用電器，導(dǎo)致蓄電池容量不足，無法再起動(dòng)車輛。因此，在雙連接式鉛蓄電池設(shè)計(jì)上，采取以下方案：關(guān)于板柵，增加2 根縱筋條以提高鉛膏利用率；增加約 16 % 的鉛膏量以增加容量；將鉛膏表觀密度提高 0.12 g/cm3，以延長循環(huán)壽命；延長 4 h 的極板固化時(shí)間以增加極板強(qiáng)度；采用改性多孔電極材料使活性物質(zhì)晶體分布更均勻[5]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，6-QW-60 蓄電池的最高實(shí)際容量C20達(dá)到 73.6 Ah，同比提高約 20 % 的容量。增容長壽型的設(shè)計(jì)方案減少了長期使用車載用電器后無法再起動(dòng)車輛的幾率。

2 電路分布

圖3 端子焊接

圖4 電池裝配過程狀態(tài)

汽車引擎起動(dòng)時(shí)，需要蓄電池瞬間提供約是額定容量 5～6 倍的大電流，但是車輛中所有的用電系統(tǒng)均使用小電流?；诟饔秒娖魉桦娏鞔笮〉牟町悾囯姎夤こ處熖岢霭措娏鞔笮》植?，將用電器分類性連接于電源上，且連接端盡可能遠(yuǎn)離的方案，以達(dá)到優(yōu)化電路的效果[6]。為此，結(jié)合蓄電池自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[7-9]，輸出端子不共面的雙連接式鉛蓄電池被研發(fā)出來了。后經(jīng)汽車電氣工程師對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化，引擎系統(tǒng)、電氣儀表、應(yīng)急燈和報(bào)警燈等用電器以圓扣調(diào)節(jié)式連接于頂面端子，而照明系統(tǒng)、空調(diào)、影像機(jī)、電動(dòng)座椅和電動(dòng)門窗等相關(guān)輔助用電器以銅片緊固式接于正面端子。目前，該款雙連接式鉛蓄電池已經(jīng)在數(shù)輛高檔轎車上跟蹤試用。電路連接圖如圖 5 所示。

圖5 電路連接圖

3 結(jié)論

筆者通過設(shè)計(jì)連體匯流排和改變蓄電池槽結(jié)構(gòu)的方式，實(shí)現(xiàn)了汽車用電器的分類性連接，對(duì)汽車電路的優(yōu)化提供了適當(dāng)?shù)臈l件；以增加約 20 % 容量的方式，延長用電器在停車狀態(tài)下的使用時(shí)間，使駕駛員能在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)放心使用；同時(shí)，選擇更優(yōu)良的材料，以延長蓄電池壽命。蓄電池作為汽車的重要零部件之一，其功能的增加和性能的提升亦是汽車研發(fā)者欣然想要的結(jié)果。