一种VRLA电池极群参数测试方法及应用

王丽斋，田李燕，陈志雪，孙晓飞，温少花， 赵从印（风帆股份有限公司，河北 保定 071057）

一种VRLA电池极群参数测试方法及应用

王丽斋，田李燕，陈志雪，孙晓飞，温少花， 赵从印
（风帆股份有限公司，河北 保定 071057）

摘要：在 VRLA 蓄电池的实际生产中，经常遇到 AGM 隔板不同而造成蓄电池性能变化的情况。本文分析了极群参数测试的必要性，设计了测试装置和测试方法。通过实例证明，测试 VRLA 蓄电池极群参数对生产具有一定的指导意义。

关键词：VRLA 电池；极群参数；AGM 隔板；饱和吸酸量；拉伸机；干/湿态压力

0　前言

上世纪 90 年代开始，阀控式铅酸（VRLA）蓄电池在国内迅速流行起来，尤其是在通信、铁路、电子等行业逐步取代了传统的富液式电池，为铅酸蓄电池行业进一步发展提供了广阔的市场空间。 就像所有的工业产品一样，阀控铅酸蓄电池的设计、制造技术也经历了从不成熟到成熟的发展阶段。通过广大从业人员的不断努力，对产品设计、制造工艺、原材料纯度、工艺布局、生产过程质量控制等进行调整和改进，使阀控蓄电池产品质量不断进步，产品进入了成熟稳定、可规模化、经济性生产的阶段。 但是在 VRLA 蓄电池的实际生产中，经常遇到下列问题：

（1）极群入槽时，实际装配压力与设计压力不符；（2）更换不同厂家及不同批号隔板时，电池的装配压力发生明显变化；（3）在灌酸时，实际灌酸量与设计酸量不符；（4）灌酸前后极群装配压力的变化数据不清晰；（5）设计的隔板厚度和酸量是否合适；等等。

因此，测试阀控式铅酸蓄电池极群参数，特别是测试干湿态压力变化，为生产提供参考是必要的。

1　测试原理

吸酸量的多少直接影响到蓄电池的电性能，隔板的吸酸值应越大越好[1]。但在实际生产过程中发现，细纤维含量高，浆液酸度低，烘干温度低，能提高隔板的吸酸值，但可能造成强度降低。为此，选择合适的吸酸值指标对电池性能很重要[2]。VRLA 电池属紧装配电池，装配压力一般在 40～60 kg/dm2[3]，AGM 隔板在 VRLA 电池中处于压缩状态，因此，加压吸酸量的测试很有实际意义。从吸酸量与压缩率的关系可以看出，隔板的吸酸量是随着其受压状态而变化的，压缩率增大时其吸酸量相应减少，呈非线性关系[4]。标准 GB/ T 28535–2012 《铅酸蓄电池隔板》对加压吸酸量提出了要求，但对极群吸酸后的压力变化缺乏规范。AGM 隔板是靠纤维材料相互搭接形成的（如图 1），纤维结合强度相对较小。在压力下纤维会发生一些位移，因此不同压力下的隔板厚度会有明显不同。由于玻璃纤维之间的结合力小，AGM 隔板吸收酸液后纤维发生松弛，表现为极群压力的变小，而极群压力的变化影响隔板与极板的接触，对蓄电池的性能影响较大。

图1　不同倍率的 AGM 隔板的 SEM 照片

针对上述问题，设计了一套测量极群干态、湿态（加酸后）压力变化的实验方法。试验是在拉伸机上完成的（见图 2）。本拉伸机除具有拉伸功能外，还具有最大 2000 N 压力的压缩功能。由于拉伸机是一种精密设备，在试验过程中需要使用硫酸，因此在试验前，需要对拉伸机的主要部件、台面进行必要的保护，以免受到试验过程中溅出的酸滴、酸雾的腐蚀。

通过拉伸机对置于特制 ABS 塑料盒中的极群施压，至单格厚度；加酸至饱和状态，测量施压过程中的压力变化。根据测试结果推测电池组装时的入槽压力，确定极群入槽的可操作性，评判各批次隔板的稳定性，评估成品电池中活性物质所受的压力，以预测电池性能；通过测定极群灌酸前后隔板的质量变化，来计算隔板在压力状态下的吸酸量（加压吸酸量[5]），为准确计算单格灌酸量提供试验数据。

对于卧放电池，本实验方法误差较小，对于正放电池，所测压力含极群重量所产生的压力，对压力及隔板吸酸量的计算有一定影响。

图2　本实验方案用到的拉伸机

2　测试过程

2.1工装及设备

试验需要一台拉伸试验机、一个 ABS 塑料盒（长度、宽度要大于极群尺寸 10 mm 以上，高度大于极群厚度 35 mm 以上，在侧面底部打孔，安装带有截止阀的酸液排放管。）、两片 15 mm 厚ABS 压块（压块施压面积大于极板面积）、一把卡尺和一个闹钟。

2.2测量极群干态压力

预先称量好极群的质量 m0和极群中隔板的质量 m1，将极群叠好待测。图 3 中极群压缩试验装置可根据所用极群大小更改，但极群大小不得超过拉伸机压块尺寸。在 ABS 塑料盒中先放入一片 ABS压块（下部压块），再放入要测试的极群， ABS压块、极群底部和一侧面紧贴 ABS 塑料盒一角，要求极群完全在塑料垫板上，在极群正上方再放另一片 ABS 压块（上部压块），两块压块对齐，拉伸机以一定速度，缓慢将极群压缩至规定的厚度（注意压力不能超过试验机最大量程），读取此时的峰值压力 P1，随后压力值逐渐降低。1 min 后，压力值趋于稳定，记录压力值 P2。

图3　极群压缩试验装置图（1—拉伸机支架；2—上下压块；3—垫板；4—极群；5—塑料盒；6—酸液排放管；7—截止阀；8—拉伸机底座）

2.3测量极群过饱和态压力

在塑料盒中加酸，并开始计时，要求在 2 min时间内加酸至上部压块部分浸入酸中，液面不得超过上部压块上表面。之后酸液面持续下降，随时注意液面变化并及时补液，确保上部压块 1/2 左右浸入酸中。7 min 时，压力值趋于稳定，记录压力值P3（极群处于过饱和状态）。

2.4测量极群饱和态压力

打开酸液排放管的截止阀阀门，将 ABS 塑料盒中的酸液排空，此时记录酸液排空后的显示压力值 P4。

2.5测量并计算隔板在测定压力下的吸酸量

操作拉伸机，回到零压力状态，移开上部压块，取出极群中的隔板，称量其质量 m2，计算出在 P4的压力下极群的吸酸量（m2-m1）。

2.6计算不同状态时的极群压力

通过 P1、P2、P3、P4和极群面积 S 可定量计算不同状态时的极群压力。

3　应用实例及结果分析

3.1应用实例

使用厚度分别相同的正负的极板，正极板尺寸 147 mm ×131 mm×1.8 mm， 负极板尺寸 147 mm ×131 mm×1.4 mm；不同厂家的隔板，厚度为1.5 mm（10 kPa）。取 8 片正极板 9 片负极板组成三组样品，每种隔板三个相同样品，共 9 个极群，分别测量不同极群的干态压力、过饱和压力、饱和压力，取平均值后作图，见图 4。同时测定了三家隔板的饱和吸酸量（表1），硫酸密度均为 1.275 g/cm3。

表1　三家隔板饱和吸酸量测定值

3.2结果分析

图4 显示，不同隔板的干态压力、过饱和压力、饱和压力值有所不同。3# 隔板压力最高，1#最低。表 1 表明三种隔板压缩至相同厚度时，饱和吸酸量有所不同，2# 隔板的吸酸量最大。

图4　不同隔板极群组在不同状态下的压力

AGM 隔板的成本是由玻璃纤维的成本决定的，甚至可以说成本是受玻璃纤维的粗细影响的，直径越细，价格越高[6]。原因是纤维越细生产效率越低，耗能越高，而能源消耗是玻璃纤维成本的主要影响因素。对于 1# 隔板，粗纤维多，湿态压力小，吸酸量低，综合性能略差，但是价格便宜，适合低端电池使用。2# 隔板的湿态压力较大，吸酸量大，细纤维多，成本略高，更适合长时率放电使用，且对电池的循环寿命有一定帮助，因此更适合温差很大，放电深度很低，几乎没有维护等恶劣条件下的野外使用电池。3# 隔板的湿态压力最大，吸酸量适中，比较适合于动力电池，当然成本也不会很低。

4　结论

充分利用本实验装置的测试数据，对于 VRLA电池的设计、极群压力抽样检查、隔板筛选具有实际意义。通过测量极群湿态压力和吸酸量，可以筛选适合的隔板品种。通过抽检极群压力，判定隔板厚度偏差，提高电池的一致性，并对 AGM隔板有更加直观的评价。通过测量极群在一定压力下的吸酸量，反过来验证吸酸量计算值，对于提高设计水平、减小计算与实际之间的偏差具有积极意义。

参考文献：

[1] 王居, 等. 超细玻璃纤维隔膜技术条件分析[J] .电源技术, 1997(1): 42.

[2] 包有富, 俞美雯. 关于超细玻璃纤维隔板吸酸值测定方法及指标的探讨[J]. 蓄电池, 1999(3)：19–20.

[3] 陈体衔，郑君铣，张瑞恩. 电池装配压力对玻璃纤维隔膜的影响[J]. 蓄电池, 1996(2): 10–12.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 28535–2012 铅酸蓄电池隔板[S].

[5] 日捷蓄电池隔板有限公司. 毡型超细玻璃纤维隔板厚度、定量及吸酸量的测定[J]. 蓄电池, 1997(1): 10–14.

[6] 陈红雨, 黄镇泽.AGM 隔板的研究与应用[J]. 蓄电池, 1996(2): 3–9.

A testing method of parameters of plate groups of VRLA batteries and its application

WANG Li-zhai, TIAN Li-yan, CHEN Zhi-xue, SUN Xiao-fei, WEN Shao-hua, ZHAO Cong-yin
(Fengfan Co., Ltd., Baoding Hebei 071057, China)

Abstract:It is often the case that the performance of VRLA batteries varies with different AGM separators during practical production. This paper analyzes the necessity of the testing for plate group parameters, and we specially designed testing devices and method. It is proved that the test of plate group parameters of VRLA batteries could improve the production in a certain sense of guidance.

Key words:VRLA battery; plate group parameter; AGM separator; saturated acid content; drawing machine; dry/wet pressure

中图分类号：TM 912.1

文献标识码：B

文章编号：1006-0847(2015)05-237-04

收稿日期：2015–05–25