一款補(bǔ)償鉛酸蓄電池后期失水的結(jié)構(gòu)設(shè)計

湯序鋒，歐陽萬忠，周代輝，龐明朵，傅偉平

（天能電池集團(tuán)股份有限公司 鉛酸研究院，浙江 長興 313100）

0 引言

在鉛酸蓄電池的使用過程中，由于電化學(xué)原理電解液會形成蒸汽揮發(fā)[1]，造成鉛酸蓄電池內(nèi)部電解液損耗，影響電解液功能的發(fā)揮，最終造成鉛酸蓄電池的性能早期衰退。早期的鉛酸蓄電池在使用過程中需要進(jìn)行維護(hù)，根據(jù)情況添加電解液或向電解液中加水，但這種蓄電池使用起來比較麻煩?，F(xiàn)有技術(shù)中鉛酸蓄電池一般為免維護(hù)式[2]。如果在使用過程中能夠確保電解液不發(fā)生短缺，則有利于鉛酸蓄電池保持較好的狀態(tài)。

筆者以一款 12 V/9 Ah 閥控式蓄電池為例，從電池槽[3]結(jié)構(gòu)入手，使電池具有自動補(bǔ)充電解液功能，解決了壽命后期電池內(nèi)部失水而出現(xiàn)熱失控[4]，從而導(dǎo)致電池變型或鼓包的問題，但會增加電池生產(chǎn)過程中的裝配難度。

1 設(shè)計與開發(fā)

以具有 6 個單格，按 2×3 排列的 12 V/9 Ah 電池為例。原電池槽結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。新電池槽結(jié)構(gòu)見圖2、圖3。沿電池槽長度方向在單格之間增加儲液槽，并且儲液槽的深度與單格深度一致。令每個單格對應(yīng)一個儲液槽，每個儲液槽的寬度為單格寬度的 1/4～1/3。儲液槽的側(cè)壁高出極群中隔板的位置設(shè)有供吸液棉條穿過的通孔，并且讓吸液棉條與通孔卡緊配合（見圖4）。圖4 中僅畫出了電池槽和極群等結(jié)構(gòu)，而省略了電池蓋等結(jié)構(gòu)，并未對電池蓋等結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。把吸液棉條一端浸入儲液槽的電解液中，另一端沿極群中極板排列方向（即匯流排的長度方向）搭設(shè)在極群的一側(cè)頂面，并橫跨整個極群。由于吸液棉條是耐酸的化工纖維絲棉,較為柔軟蓬松，所以卡緊在該通孔中固定，確保吸液棉條不會在重力作用下掉落到儲液槽中。一般在極群中，隔板會比正、負(fù)極板高出一段，以確保分隔效果，所以搭設(shè)在極群頂面的吸液棉條實際是與隔板直接接觸。當(dāng)單格內(nèi)缺少電解液時，極群的隔板頂部較為干燥。由于隔板與吸液棉條均具有較強(qiáng)的吸液能力，儲液槽中的電解液能夠沿吸液棉條轉(zhuǎn)移到隔板，確保隔板上端不會過于缺少電解液，有利于蓄電池保持良好的使用狀態(tài)，避免因電池失水而變形或鼓包。

圖1 原電池槽結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

圖2 新電池槽結(jié)構(gòu)三視圖

圖3 新電池槽

圖4 新蓄電池槽與極群裝配結(jié)構(gòu)示意圖

2 工藝的實現(xiàn)

新電池槽結(jié)構(gòu)設(shè)計，與以往常規(guī)電池相比，多了一個儲液槽，所以在半成品電池加酸工藝難度增加。加酸量及吸液飽和度根據(jù)初期對電池驗證后確立，采用定量加酸，確保每個單格加酸量一致。在加酸前進(jìn)行負(fù)壓抽真空，需要足夠的負(fù)壓和時間來配合。對于常規(guī)電池，設(shè)置壓力-0.09 MPa，初次抽真空時間在 5～8 s。對于新電槽結(jié)構(gòu)半成品電池，設(shè)定的加酸真空負(fù)壓需要更大些，宜-0.07 MPa，初次抽真空時間在 10～15 s。當(dāng)電解液從注液口在負(fù)壓下注入電池的各單格時，電解液由吸液棉從極群單格同時滲透到相對應(yīng)的儲液槽中。由于有連通的通孔，儲液槽內(nèi)液面高度與單格內(nèi)液面高度相當(dāng)，從而實現(xiàn)儲液槽內(nèi)有足夠電解液在電池壽命后期作后補(bǔ)使用。

3 結(jié)論

新的電池槽結(jié)構(gòu)設(shè)計增加了自動補(bǔ)充電解液功能，可明顯改善在電池后期循環(huán)或浮充狀態(tài)下，由于缺液失水而導(dǎo)致的電池發(fā)熱、變形或鼓包。經(jīng)綜合實驗驗證和解剖分析，這種新結(jié)構(gòu)可適用于儲能或備用小規(guī)格蓄電池。