VRLA电动车电池设计方案

　　摘要：介绍了VRLA 12 V-10 Ah电动车电池的设计方案。从设计理念、方案实施两个方面作了简单介绍，并对在实际生产操作中得到的一些数据进行了分析及总结。

　　1 前言

　　随着环保理念的深入人心、小康社会的逐步实现，交通工具多样化在中国被大众广泛接受。电动助力自行车作为交通工具的补充，起着代步和健身的双重作用，市场前景日渐看好。电池作为电动车的关键产品，其质量在逐步提高，但也暴露出一些问题。它的设计理念既不同于通信用阀控电池，也不同于UPS备用电源的阀控电池与汽车电池。它应该说是用途较特殊的阀控电池。所以，应根据它的使用途径，比如容量、寿命和一致性等，作出特殊设计。

　　2 设计方案

　　2.1 电池槽

　　目前电动车电池普遍采用外型尺寸为151 mln×98 mln×94 Hlrn的电池槽。其单格有效尺寸：48mln×46 mln×84 mln。将极板尺寸设计为44 mln×68 millo2.2 板栅合金配方。

　　考虑到电动车电池属于深放电循环使用，正板栅采用低锑多元合金（Sb 1.5％），添加铜（Cu0.04％）、非金属砷（As 0.3％）。铜、砷是很好的成核变晶剂，可有效防止Sb在铸板过程中产生的热裂并提高铸件的硬度，As有利于提高合金的耐腐蚀性。负板栅采用传统的Pb-_Ca_A1.sn配方，适当增加Ca含量（O.1％）。

　　2.3 空间极板体积与片数

　　根据VRLA电池的一般经验，极群体积占内空体积的75％ ～78％ ，考虑到容量体积比，确定极板群总厚度为35 mln。片数C₁₀=14.7÷7=2.1 Ah／片（以保证C₂=O.72C₁₀）确定正板7片、负板8片。

　　2.4 正板栅厚度设计

　　考虑到极板群厚度为35 mm；根据公式：

　　L= 板栅高；W=板栅宽；T=板栅厚；取L=68； W=4 ；C10=2.1； T=2.79 mm；考虑到装配，取T=2.7 IYl／n。

　　正板栅厚度确定之后，按VRLA基本理论，正负板栅厚度比一般为3：2，这样，负板栅厚度为：2.7X0.65=1.7 tnm。

　　2.5 板栅筋条的尺寸、形状的设计

　　正极板一片C₁₀=2.1 Ah的极板如按5倍率放电，通过极耳截面的电流为2.1 X 5=10.5 A。若取极耳宽4 into，厚2.7 tnm，其电流密度 10.5／（4x 2.7） =0.97 A／mm²，极耳截面足够了。标准规定1.5倍率放电，所以，设计竖筋条总截面在10.8X 1.5／5≈ 3.2 mm²左右，筋条数为3根，中心距10.25 tnm，截面为1.1 X 1.0菱形，截面积为1.1 X1.0=1.1mm² 。总截面1.1 X 3=3.3mm²。已经大于3.2 。横筋条设计为4根，中心距13.0 mm，截面为0.8 X 1.0的三角形。筋条数这样设计，主要是增加极板吃膏量，但还要考虑极板强度。负板栅筋条的设计按正板栅比例计算，分布形式与正板栅对应。

　　2.6 铅膏配方的确定

　　正极铅膏采用高含酸量（49 g／kg），高视密度（4.35 cm³）配方，铅粉氧化度保证在80％以上。

　　因该电池是中倍率深放电循环使用，活性物质利用率不宜过高。在正膏中适当添加高纯石墨（0.5％），以提高初期容量。

　　负极铅膏在常规配方中，将腐植酸和木素磺酸钠混合使用，这样电池的低温效果和防止极板钝化有明显提高。

　　高视密度铅膏可能会造成手工涂填困难，笔者在实际操作中，利用加水加酸的搭配程序，掌握氧化时间，既催铅粉进一步氧化又使1BS到3BS顺利形成，又使手工涂填方便。

　　2.7 固化方式的确定

　　因板栅在设计时格状网络较稀疏，为了进一步增加极板机械强度，固化采用高温高湿固化。

　　高温高湿固化的优点是极板铅膏中的三碱式硫酸铅（3BS）转变为四碱式硫酸铅（4BS），其反应式：

　　4BS是针状晶体，相互问搭成网状，提高了生极板的机械强度。

　　2.8 化成方式的确定

　　我们知道，生极板的主要物质是PbO、3PbSOPbSO4.H2O，经过化成后极板物质为Ph0）（二种变体）和Pb。

　　电动车电池强调的是寿命和容量，而铅酸电池的寿命和容量又是一对矛盾。为了兼顾二者，适当增加化成时充人的电量。一般常规充人量是额定容量Cl0的3～5倍，我们制定为6～8倍。在不增加化成时间的前提下提高充电电流，这样化成时的电解液温度较高，我们用特制塑料细管向化成槽底部通以一定压力的压缩空气，对电解液进行搅拌，这样电解液温度在40cc以下且电解液浓度均匀。

　　2.9 装配过程中的工艺控制

　　电动车电池在使用中有3个关键指标，容量、寿命和组合一致性。电池在装配制造过程中，控制好各道工序是保证以上3个指标的前提。特别是组合一致性，要求极板的质量误差越小越好。另外，装配压缩比、隔板饱和吸酸量、初充电制式等都应严格控制。

　　超细玻璃纤维隔板（AGM）是阀控电池的重要材料，有些厂家不注重隔板材料的选购，一味追求低价格的AGM隔板，这样会造成一些潜在的隐患。

　　笔者通过长期的实践，认为选购高碱棉的AGM隔板、隔板孔径16～17 tma为好。

　　电解液中适当添加硫酸钠（Na2SO4），可抑制电池在深放电时产生的微小枝晶，防止电池产生微短路。

　　3 结束语

　　设计的产品经近一年半的测试并实际运行，其寿命和容量均在设计范围以内。产品的设计理念要符合产品实际的用途，另外，宣传产品的正确使用方法也是制造厂家的责任。有理由相信，在科技日臻发展的今天，阀控式铅酸蓄电池在电动自行车上使用，必将被大众所接受。