電動(dòng)車用雙極柱式水平閥控鉛酸蓄電池VRLA的研制

1、電動(dòng)車用雙極柱式水平閥控鉛酸蓄電池(vRLA)的研制泰安立業(yè)光電科技有限責(zé)任公司趙亮淄博市淄川區(qū)華淄蓄電池廠趙對(duì)隆趙凱：濟(jì)南大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院金衛(wèi)東摘要：新研制的VRLA鉛酸吾電池采用2v單體結(jié)構(gòu)，極群水平放置，在兩端分別引出正負(fù)極極柱口安全排氣閥。充放電實(shí)驗(yàn)證明充電接受能力強(qiáng)，粥用于快速充電內(nèi)膽小，能眵用于大電i亮放電解剖觀察證實(shí)不存在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中輟群下部腐蝕損壞現(xiàn)象。單體電池成組后，自然形成通風(fēng)道，散熱效果好，大電流充電時(shí)溫升低壽命長(zhǎng)關(guān)鍵詞：水平電池，兩端雙極柱，快il殼放電；慢脈沖計(jì)量充電：內(nèi)電阻I引言新能源汽車行業(yè)的動(dòng)力電池優(yōu)選鉛酸莆電池，急需提高閥控鉛酸蓄電池兩項(xiàng)關(guān)鍵指杯：一是人電流充

2、放電性能，_足深度循環(huán)放電壽命。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究安騎，牛產(chǎn)H1 r電動(dòng)乍川職極柱式水甲閥控鉛酸薔屯 池。電池是2v單體結(jié)構(gòu)。檄板群水平放冠，在兩端設(shè)肯引Ij“負(fù)極杜和宜全州氣閥?？朔烹妼?shí)驗(yàn)證州， 山于內(nèi)電阻低允U接受能力強(qiáng)能夠州丁快速先電，內(nèi)阻小，能夠用于犬電iii放電。解自4觀察證實(shí)不存和 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中極群下部腐蝕損壞現(xiàn)象。單體電池成組歷，自然彤戚通風(fēng)道，敞熱效果好，火電流充電時(shí)溫川 低，奄命長(zhǎng)。兩端0般極柱水甲鉛酸蓄lb池blif請(qǐng)rU，專剎號(hào)：zL 2010201999836 6。奉空謹(jǐn)oI論 該電池的大電流允放電和深度循環(huán)詹命等關(guān)鍵指枷、。2單體電池結(jié)構(gòu)與成組方式21單體電池結(jié)構(gòu)電池電Jt

3、 2V，3小時(shí)率額定窖麓140Ah。單體Ib池結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖l所示。單體I“池組合端而圖，如圖2所示。國(guó)1般配方t：10lFll負(fù)。JI：極板幾：1 73x1 3424ram。位棱板八寸：173x1 34x2 Omm。JU池極群水F放置，兩端沒(méi)南引出薩負(fù)極帥I安傘排氣閥。極t1：鑄焊鍍!銅極托頭。22單體電池成組方式：甲體IU池成組的連接方式采朋截而15mm2的鍍銀銅排連接極柱，用M】0防松脫螺桿緊蚓，并作絕緣 處理，不見外露金屬，減少漏電，避免短路。單體電池根據(jù)電動(dòng)車內(nèi)空間和配重要求擺放。單伴電池之問(wèn)有問(wèn)隙形成通風(fēng)道在人電流充電過(guò)程中，確保電池敞熱。避免了傳統(tǒng)的12V或6v電池內(nèi)部敞熱小良

4、的危魯。fU池組連接方式，如罔3所示?？諝饪諝鈢芒l_j3檢驗(yàn)結(jié)果依捌QCT 7422006電動(dòng)汽4二用鉛酸蒂IU池標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)電池是2如他單體串聯(lián)，組成4v電池組。覓放電環(huán)境溫度25。313小時(shí)率容量檢測(cè)結(jié)果3小時(shí)牢放電容量為14BAh，放電曲線，如罔4所示。r牛：T_守32人U流放電32l大lU流放電標(biāo)準(zhǔn)Oc，T 7422006巾56標(biāo)準(zhǔn)I)完仝先電的電池靜置5h。雌31，()電流放電放電罕單體半均屯球?yàn)? 5V時(shí)終Jl：，放電時(shí)川不低 于40min。2)完全允電的rU池靜胃5h。咀9I(A)1U流放lU，破lU 0min，放lU電Jt；-5低丁l 4V，單格。32 2大電流放lU檢測(cè)結(jié)果

5、I)競(jìng)爭(zhēng)允電的n池靜止5h。以3I。(A)電流放電，放電至單休半均電臟為1 50V叫終止，放電時(shí)問(wèn)58min放電曲線，如圖5所示。1C(A)IU浙肢lUI 、l、 lIf0 nUn*2 5，II翟j52)完全充電的電池靜止5h。以9Is(A)電流放電，放電3min，放電電壓不低于19V單格。放電曲線，如圖6所示。t 1、3c t，應(yīng)tU亂 3I亂 2i士掣 屯 li4t毛 9t一瓢 833低溫性能331低溫性能標(biāo)準(zhǔn)Qcfr 7422006中58標(biāo)準(zhǔn)1)蓄電池在202環(huán)境中擱置20h。然后在該環(huán)境中以6I。(A)電流放電，放電至單體平均電壓為14V 時(shí)終止，放電時(shí)間不低于5min。2)蓄電池在一

6、202環(huán)境中擱置20h。然后在該環(huán)境中以I。(A)電流放電，放電至單體平均電壓為14V 時(shí)終止，放電容量不低于55。332低溫性能檢測(cè)結(jié)果1)蓄電池在202環(huán)境中擱置20h。然后在該環(huán)境中以6I。(A)電流放電，放電至單體平均電壓為14V 時(shí)終止，放電時(shí)間54min。放電曲線，如圖7所示。205195185盞l75165|155|1，15L13513 5 7 9 11 13 1-5 17 19 21 23 25 27 29 31IItfl“11幸10sl卅72)蓄電池在20_+2C環(huán)境中擱置20h。然后在該環(huán)境中以I。(A)電流放電，放電至單體平均電壓為l。4V 時(shí)終止，放出82Ah，放電容量

7、的58。放電曲線，如圖8所示71205-20F墮披lUr艙一。， 195芻1918518i1751 4 i 10 13 16 19二三2 Z5 zH 31J，l 3j 10 4：，46 49 5Zlf寸In*2分 罔834充電特性341充電設(shè)備針對(duì)電動(dòng)車電池的充電要求充電時(shí)間短，電池溫升小的特點(diǎn)，自行研制慢脈沖計(jì)量充電設(shè)備。充電設(shè)備的特點(diǎn)是1)充電脈沖值大；2)充電脈沖寬度，根據(jù)電池的荷電狀況自行調(diào)節(jié)；3)充電時(shí) 間短；4)充電溫升小。342常規(guī)充電充電方式：限流44A恒壓2367V充電8h的充電方式，充電曲線，如圖9所示。充電電流曲箍5045一一一一。035|30o i答” i20f16ll

8、O ，5O1 3 5 7 g Il 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 36 37 39 41 43 45 4I擊l-fq(-10)IIB,Dt圖9343快速充電能力： 限流300A恒壓246V充電1h，電池就可充滿，電池組的溫升只有10左右。限流420A恒壓25V充電05h，電池就可充滿，時(shí)間縮短一半，電池組的溫升只有1015C。充電曲 線，如圖10所示。721曩|(zhì)10 一 2，一一一，2。Z-OZ4l姐墨；z4二鼬_z蹦_lZ1IO、一瑚2“一。、l，12，Z，l 0I Z l 4 - e 1 暑 拿lO n lZ lI 14 1j 16 It坩I口2l 22

9、 2I嗣2l拍2T Z矗掙10 葉一【記-lI圖lO344水平電池析氣檢驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)條件：用同一只電池在相同的充電條件和環(huán)境條件下進(jìn)行檢驗(yàn)。 充電方式：恒流30A充電到2367V恒壓充電，充電時(shí)間為85h。 環(huán)境溫度：255循環(huán)到31、32和33、34次收集氣體 每種放置姿態(tài)，進(jìn)行2次充放電，收集連續(xù)2次充電的析氣量。 水平電池2次析出：420ml，單位容量充電一次的析氣量：14mlAh。 站立放置2次析出：705ml，單位容量充電一次的析氣量：235mlAh。水平電池的析氣量是站立電池析氣量的一半。 345電池循環(huán)耐久能力：電池用13(A)放電到終止電壓175V，然后用慢脈沖計(jì)量充電設(shè)備充電，充

10、電時(shí)間5h，作為一個(gè)循環(huán)，當(dāng)電池放電容量降到額定容量的80時(shí)，壽命終止。 電池是水平放置在室內(nèi)，沒(méi)有采取保溫或降溫措施，讓電池更接近實(shí)際使用條件。 壽命做到600多次，現(xiàn)在仍在循環(huán)中，見圖ll。電tII度J532。田114結(jié)果分析依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)qcfr 7422009對(duì)電池的測(cè)試，有的指標(biāo)接近標(biāo)準(zhǔn)，有的指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，雙極柱VRLA式水 平鉛酸蓄電池性能良好源于以下多方面的因素： 1)電池內(nèi)阻低：根據(jù)歐姆定律，在相同的導(dǎo)電材料與截面時(shí)，板柵的長(zhǎng)度減少一半，電阻也相應(yīng)減少一 半，電池的電壓降低和電能損失也減少一半。732)電流分布均勻：現(xiàn)行電池的充放電一開始都是從極耳附近開始反映，然后逐漸向下延伸，這樣

11、就造成 了極板的上部電流密度大活物質(zhì)利用率高，極板的下部尤其是下部的中間部位電流密度小，活物質(zhì)利用率 低，板柵腐蝕上部要比下部腐蝕的嚴(yán)重，從解剖使用過(guò)的電池也證明了這一點(diǎn)。極板兩端引出板耳的水平 電池則不然，由于極板兩端出板耳，加之又是水平放置，極板就沒(méi)有了上部和底部，電流密度均勻的分布 在極板上面，活物質(zhì)利用率均勻一致，從而有效地提高了大電流充放電的可靠性，延長(zhǎng)了電池壽命。 3)電解液分布均勻：水平電池將電解液的分層現(xiàn)象降低到最低。水平電池是按極板的水平方向安裝使用， 硫酸的沉降距離足隔板的厚度約在1-3ram，又因正負(fù)極板孔率在5060(隔板孔率在|00kPa壓力下時(shí) 約90左右)，板柵用

12、鉛合金沒(méi)有孔率，板柵表面積約占極板面積的20左右，使硫酸沉降就限制在隔板 厚度之間?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有硫酸的沉降，就沒(méi)有電解液的分層現(xiàn)象的存在，也就不會(huì)影響電池的容量與壽命。 5結(jié)論1)兩端引出雙極柱水平鉛酸蓄電池提高了電池的輸出比功率，提高了深循環(huán)壽命，系統(tǒng)的降低電池組的 內(nèi)阻是十分重要的一項(xiàng)工作。降低了電池內(nèi)阻可以選用低電壓(235V)充電，從理論到實(shí)踐都證明電池 耗水等于零。對(duì)于VRLA式電池耗水多就是減少壽命。內(nèi)電阻低在充電過(guò)程中，減少電能損失，降低了電 池充電溫度，從而減少了正板柵腐蝕，這都是提高容量延長(zhǎng)壽命的重要條件。降低電池組的內(nèi)電阻可以實(shí) 現(xiàn)大電流充放電。 2)兩端出雙極柱水平鉛酸蓄電池的充放電電流密度分布均勻，活物質(zhì)利用率均勻，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)QCT 7422009中的513要求使命已經(jīng)做到了600次，現(xiàn)在仍在循環(huán)中。3)用慢脈沖計(jì)量充電設(shè)備充電，用3C(A)電流充電，在20分