一種避免硫酸溢出和側(cè)面鼓脹的電池結(jié)構(gòu)改進

王海燕

【摘 要】雖然鉛酸蓄電池有諸多優(yōu)點，但是在實際使用與維護過程中發(fā)現(xiàn)，部分摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池在初期加液時，出現(xiàn)有少量硫酸溢出的現(xiàn)象，從而腐蝕摩托車；也有電池在安裝使用半年后，部分電池殼體出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，一方面客戶擔(dān)心電池爆炸安全，另一方面使用1～2年后，客戶更換電池時往往取不出來。文章通過對摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池的上蓋和電槽結(jié)構(gòu)進行改進，可以解決客戶自行加液過程中出現(xiàn)的硫酸溢出現(xiàn)象和使用過程中出現(xiàn)的側(cè)面鼓脹現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】溢液；鼓脹；加液孔；安全閥；電池槽

【中圖分類號】TM912.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）01-0062-03

1 概述

客戶在使用摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池前，需將裝有硫酸的液瓶倒插入電池加液孔，利用氣壓差使液瓶中的硫酸進入干電池。由于硫酸是鉛酸蓄電池充放電過程必不可少的一種原料，因此，控制鉛酸蓄電池每單格硫酸的加入速度十分關(guān)鍵，為有效避免客戶自行加液過程出現(xiàn)硫酸溢出，腐蝕機車，需對加液圖釘大小和加液孔進行改進；同時蓄電池在充電過程中，尤其在充電終了時，其內(nèi)部產(chǎn)生大量的爆炸性氣體，若此時蓄電池蓋上的通氣孔不順暢、電池槽強度不夠，這些氣體便無法排除，從而積蓄在電池殼內(nèi)，壓力越來越大，最后使蓄電池鼓脹，因此需對摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池的上蓋安全閥和電槽結(jié)構(gòu)進行特殊的改進與設(shè)計。

2 工作原理

2.1 溢液

當(dāng)摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池加液孔內(nèi)徑、長度設(shè)計不匹配時，在加入硫酸過程中，當(dāng)極群吸收硫酸速度小于硫酸流入速度且預(yù)留空間不足時，加入的硫酸會從排氣孔溢出，造成電池各個單格加入硫酸量不相同，不但腐蝕機車，而且影響電池性能和壽命。

2.2 鼓脹

2.2.1 電池蓋上的加液孔排氣不暢

鉛酸蓄電池在充電過程中，內(nèi)部會產(chǎn)生氫氣和氧氣，如果電池蓋上的安全閥要求的開閥壓力過大，不能及時開閥排出所產(chǎn)生的氣體，電池槽內(nèi)的壓力會越來越大，從而使電池兩側(cè)產(chǎn)生鼓脹；如果電池蓋上的安全閥要求的開閥壓力過小，會造成蓄電池失水過快，從而降低蓄電池的使用壽命；因此，需要一個合理的安全閥開閥壓，既保證不會爆炸和側(cè)面鼓脹，又能控制過多的失水，保證電池的使用壽命。

2.2.2 啟動電機時間較長

在電機動時，需要蓄電池在短時間內(nèi)提供大電流給電動機，大電流輸出蓄電池內(nèi)部會產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，如果裝在蓄電池內(nèi)部的正、負極板化成不徹底或負極板氧化或正極板半化板多，面積大，蓄電池內(nèi)部的電解液溫度會升高得很快，從而產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣。如果安全閥不能及時開閥，或加液孔堵塞，會引起爆炸。若啟動時間過長，氫氣和氧氣產(chǎn)生過多，不但電池側(cè)面會鼓脹，而且有可能產(chǎn)生爆炸。

2.2.3 電池外殼鼓脹

柳州市動力寶電源科技有限公司摩托車啟動用鉛酸蓄電池的槽、蓋的材料為PP塑料，在正常的溫度下是不會鼓脹的，電池側(cè)面鼓脹往往有一個過程，蓄電池在放電結(jié)束后，當(dāng)充電器給蓄電池充電充到蓄電池容量的80%左右時，充電就進入高電壓充電區(qū)，這時在正極板上先析出氧氣。氧氣通過AGM隔板的微孔達到負極，在負極板上進行氧復(fù)合反應(yīng)。反應(yīng)時產(chǎn)生熱量，當(dāng)充電容量達到90%時，氧氣發(fā)生速度增大，負極開始產(chǎn)生氫氣，大量氣體的增加，使蓄電池的內(nèi)壓超過開閥壓，氣體帶著水溢出，最終變?yōu)槭?。隨著蓄電池循環(huán)次數(shù)的增加，水分逐漸減少，最終蓄電池會出現(xiàn)下列情況。

（1）氧氣通道變得通暢，正極產(chǎn)生的氧氣很容易通過通道達到負極。

（2）熱熔減小，在蓄電池中熱熔最大的是水，水損失后，蓄電池?zé)崛鄞蟠鬁p小，產(chǎn)生的熱量使蓄電池溫度升高很快。

（3）由于失水后蓄電池中AGM隔板發(fā)生收縮現(xiàn)象，使之與負極板的附著力變差，內(nèi)阻增大，充放電過程中熱量加大。

（4）蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量只能經(jīng)過電池槽盒壁散即發(fā)生蓄電池外殼鼓脹現(xiàn)象。

（5）安全閥是安裝在電池蓋閥孔上的配件，安全閥的大小需要與閥孔合理匹配，如果安全閥與閥孔匹配過松，蓄電池容易失水，從而影響蓄電池的使用壽命；如果安全閥與閥孔匹配過緊，安全閥不容易開閥，氣體聚集，不能及時排出，易發(fā)生電池側(cè)面鼓脹或產(chǎn)生爆炸。為了方便開閥，不堵塞閥孔，安全閥里會涂抹一些硅油，硅油的多少和質(zhì)量也影響安全閥的開閥壓力。此外，對安全閥的散熱性、彈性等質(zhì)量也有很高的要求。

3 改進措施

3.1 溢液的改善措施

（1）縮小液瓶圖釘?shù)耐鈴?。通過縮小液瓶進氣口孔徑，降低酸液流速。如圖1所示。

（2）縮小上蓋加液孔內(nèi)徑。通過縮小加液孔內(nèi)徑，增加長度，降低酸液流量。國昌DTX9-BS上蓋加液孔修改圖如圖2所示。

3.2 鼓脹的改進措施

（1）降低開啟壓力，更換安全閥。對國昌DTX14-BS摩托車啟動用鉛酸蓄電池，安全閥規(guī)格由原來的10 mm×7.4 mm×6 mm更換為10 mm×7.6 mm×6 mm，第一次開閥壓力由原來的41.5 kPa降到36 kPa，第二次開閥壓力由原來的39.5 kPa降到33 kPa。

（2）修改電池槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加電池槽的強度，如圖3所示。

4 改進后的效果

4.1 溢液改進后效果

表1為改進后試驗效果參數(shù)。從試驗情況來看，選用同批、同規(guī)格極板和電槽，每單格加入相同濃度和相同量的稀硫酸，分析結(jié)果如下。

（1）從1～1到1～3共3只電池，圖釘使用原圖釘1.1 mm，加液孔直徑2.1 mm未修改，加酸平均時間約為20 s，硫酸流入過快，電池化學(xué)反應(yīng)激烈，極群吸收不及時，硫酸外溢，造成3只電池出現(xiàn)不同單格溢液現(xiàn)象，造成電池各格液量不均勻，影響電池使用壽命。

（2）從2～1到2～3共3只電池，圖釘使用由原圖釘1.1 mm改為0.8 mm的圖釘，加液孔直徑2.1 mm未修改，加酸平均時間約為28 s，硫酸流入稍慢，電池化學(xué)反應(yīng)稍減緩，極群吸收仍存在不及時現(xiàn)象，硫酸仍有部分單格有輕微外溢現(xiàn)象，造成3只電池中有2只仍出現(xiàn)有1個不同單格溢液現(xiàn)象，造成電池單格液量不均勻，影響電池使用壽命。

（3）從3～1到3～3共3只電池，圖釘使用由原圖釘1.1 mm改為0.8 mm的圖釘，加液孔直徑由2.1 mm修改為1.6 mm并加液孔由原來的17 mm加長為19 mm，加酸平均時間約為35 s，硫酸流入平緩，電池化學(xué)反應(yīng)稍平和，硫酸加入完畢電池即可使用，試驗的3只電池各單格均未出現(xiàn)溢液現(xiàn)象，各單格加入硫酸量相同，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 鼓脹改進后效果

表2為鼓脹改進后試驗效果參數(shù)。從試驗情況來看，選用同批、同規(guī)格極板和電槽，每單格加入相同濃度和相同量的稀硫酸，分析結(jié)果如下。

（1）從1～1到1～3共3只電池，電池蓋和電池槽均使用原來的，未進行任何修改，電池加液后，檢測干荷起動性能后充電5 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為2.5 mm；檢測10 HR容量后充電13 h，充電完成后靜置2 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為2 mm，比充電初期鼓脹稍下降，但仍很明顯。

（2）從2～1到2～3共3只電池，電池蓋上的安全閥規(guī)格由原來的10 mm×7.4 mm×6 mm更換為10 mm×7.6 mm×6 mm，第一次開閥壓力由原來的41.5 kPa降到36 kPa，第二次開閥壓力由原來的39.5 kPa降到33 kPa；電池槽仍使用原來的，未進行任何修改，電池加液后，檢測干荷起動性能后充電5 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為1.4 mm，比修改安全閥前鼓脹下降了1.1 mm；檢測10 HR容量后充電13 h，充電完成后靜置2 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為1.1 mm，比未修改安全閥前鼓脹下降了0.9 mm，但仍能看出輕微鼓脹。

（3）從3～1到3～3共3只電池，電池蓋上的安全閥規(guī)格由原來的10 mm×7.4 mm×6 mm更換為10 mm×7.6 mm×6 mm，第一次開閥壓力由原來的41.5 kPa降到36 kPa，第二次開閥壓力由原來的39.5 kPa降到33 kPa；增加了加強筋厚度，增大電池槽的強度，電池加液后，檢測干荷起動性能后充電5 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為0.8 mm，比未修改電池槽和電池蓋前鼓脹下降了1.7 mm；檢測10 HR容量后充電13 h，充電完成后靜置2 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為0.5 mm，比未修改電池槽和電池蓋前鼓脹下降了1.5 mm，國昌DTX14-BS電池側(cè)面鼓脹現(xiàn)象已得到解決。

5 結(jié)論

通過對摩托車啟動用國昌DTX14-BS鉛酸蓄電池進行改進，采用同批同規(guī)格極板來裝配，并在電池每單格加入相同液量和相同密度的稀硫酸，液瓶圖釘外徑減小0.3 mm，加液孔加長2 mm，直徑減小0.4 mm，從而加酸時間延長了15 s，硫酸流入平緩，電池化學(xué)反應(yīng)平和，解決了電池加酸過程中出現(xiàn)溢液現(xiàn)象；電池蓋的安全閥更換采用10 mm×7.6 mm×6 mm的規(guī)格，第一次開閥壓力下降了5.5 kPa，第二次開閥壓力下降了6.5 kPa，電池槽內(nèi)加強筋增厚了0.2 mm，電池的側(cè)面鼓脹下降了1.5 mm左右，可以看出摩托車啟動用國昌DTX14-BS鉛酸蓄電池加酸時的溢液和充電后使用時的側(cè)面鼓脹均得到解決。

參 考 文 獻

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]