电动车用双极柱式水平阀控铅酸蓄电池VRLA的研制

电动车用双极柱式水平阀控铅酸蓄电池(vRLA)的研制泰安立业光电科技有限责任公司赵亮电动车用双极柱式水平阀控铅酸蓄电池(vRLA)的研制泰安立业光电科技有限责任公司赵亮淄博市淄川区华淄蓄电池厂赵{对隆赵凯：济南大学物理科学学院金卫东摘要：新研制的VRLA铅酸吾电池采用2v单体结构，极群水平放置，在两端分别引出正负极极柱}口平安排气阀。充放电实验证明充电接受能力强，粥用于快速充电．内胆小，能眵用于大电i亮放电．解剖观察证实不存在传统结构中辍群下部腐蚀损坏现象。单体电池成组后，自然形成通风道，散热效果好，大电流充电时温升低．寿命长．关键词：水平电’池，两端双极柱，快il壳放电；慢脉冲计量充电：内电阻I引言新能源汽车行业的动力电池优选铅酸莆电池，急需提高阀控铅酸蓄电池两项关键指杯：一是人电流充放电性能，_足深度循环放电寿命。经过长期的研究安骑，牛产H1r电动乍川职极柱式水甲阀控铅酸蔷屯池。电池是2v单体结构。檄板群水平放冠，在两端设肯引}Ij“负极杜和宜全州气阀。克放电实验证州，山于内电阻低允}U接受能力强．能够州丁快速先电，内阻小，能够用于犬电iii[放电。解自4观察证实不存和传统结构中极群下部腐蚀损坏现象。单体电池成组历，自然彤戚通风道，敞热效果好，火电流充电时温川低，奄命长。两端0㈨般极柱水甲铅酸蓄lb池blif请r々{U，专刹号：zL6。奉空谨oI论该电池的大电流允放电和深度循环詹命等关键指枷、。2单体电池结构与成组方式21单体电池结构电池电Jt2V，3小时率额定窖麓140Ah。单体Ib池结构剖面图，如图l所示。单体I“池组合端而图，如图2所示。国1般配方』t：10lFll负。JI：极板几≈：173x134×24ram。位棱板八寸：173x134x2Omm。JU池极群水’F放置，两端没南引出萨负极}帅I安伞排气阀。极t1：铸焊镀{}!铜极托头。2．2单体电池成组方式：甲体IU池成组的连接方式采朋截而15mm2的镀银铜排连接极柱，用M】0防松脱螺杆紧蚓，并作绝缘2．2单体电池成组方式：甲体IU池成组的连接方式采朋截而15mm2的镀银铜排连接极柱，用M】0防松脱螺杆紧蚓，并作绝缘处理，不见外露金属，减少漏电，防止短路。单体电池根据电动车内空间和配重要求摆放。单伴电池之问有问隙．形成通风道．在人电流充电过程中，确保电池敞热。防止了传统的12V或6v电池内部敞热小良的危鲁。fU池组连接方式，如罔3所示。空气 空气|芒l_j3检验结果依捌QC／T742．2006?电动汽4二用铅酸蒂IU池?标准进行检测电池是2如Ⅱ他单体串联，组成4v电池组。觅放电环境温度25℃。31 3小时率容量检测结果3小时牢放电容量为14BAh，放电曲线，如罔4所示。——牛——：T_ ——守3．2人}U流放电3．2l大lU流放电标准——Oc，T742—2006巾5．6标准I)完仝先电的电池静置5h。雌31，(^)电流放电．放电罕单体半均屯球为15V时终Jl：，放电时川不低于40min。2)完全允电的rU池静胃5h。咀9I(A)1U流放lU，破lU0min，放lU电Jt；-5低丁l4V，单格。3．22大电流放lU检测结果I)竞争允电的『n池静止5h。以3I。(A)电流放电，放电至单休半均电脏为150V叫终止，放电时问58min放电曲线，如图5所示。放电曲线，如图5所示。1C(A)IU浙￡肢lU、——·——．～——‘—‘～—’、、I翟j52)完全充电的电池静止5h。以9Is(A)电流放电，放电3min，放电电压不低于1．9V／单格。放电曲线，如图6所示。、 乱Ii士掣itt3．3低温性能3．3．1低温性能标准——Qcfr742．2006中5．8标准1)蓄电池在．20±2℃环境中搁置20h。然后在该环境中以6I。(A)电流放电，放电至单体平均电压为1．4V时终止，放电时间不低于5min。2)蓄电池在一20±2℃环境中搁置20h。然后在该环境中以I。(A)电流放电，放电至单体平均电压为1．4V时终止，放电容量不低于55％。3．3．2低温性能检测结果1)蓄电池在．20±2℃环境中搁置20h。然后在该环境中以6I。(A)电流放电，放电至单体平均电压为1．4V时终止，放电时间5．4min。放电曲线，如图7所示。～＼盏l·75 ＼||l卅72)蓄电池在．20_+2"C环境中搁置20h。然后在该环境中以I。(A)电流放电，放电至单体平均电压为l。4V时终止，放出82Ah，放电容量的58％。放电曲线，如图8所示71-20F堕披lUr}舱-20F堕披lUr}舱一’。。‘—。’‘·。＼，，，＼刍1．9 ＼}ilf寸IⅥ／n*2分罔83．4充电特性3．4．1充电设备针对电动车电池的充电要求充电时间短，电池温升小的特点，自行研制慢脉冲计量充电设备。充电设备的特点是1)充电脉冲值大；2)充电脉冲宽度，根据电池的荷电状况自行调节；3)充电时间短；4)充电温升小。3．4．2常规充电充电方式：限流44A恒压2．367V充电8h的充电方式，充电曲线，如图9所示。充电电流曲箍’|o i答〞 ifl＼＼．，，．图93．4．3快速充电能力：限流300A恒压2．46V充电1h，电池就可充满，电池组的温升只有10℃左右。限流420A恒压2．5V充电0．5h，电池就可充满，时间缩短一半，电池组的温升只有10～15"C。充电曲线，如图10所示。72，∞’。。。。／＼／ ＼／ ＼墨 ／ ＼；z．4二鼬_z·蹦_l∞／＼＼＼、一瑚／。、＼．～．，／图lO3．4．4．水平电池析气检验实验条件：用同一只电池在相同的充电条件和环境条件下进行检验。充电方式：恒流30A充电到2．367V恒压充电，充电时间为8．5h。环境温度：25±5℃．循环到31、32和33、34次收集气体每种放置姿态，进行2次充放电，收集连续2次充电的析气量。水平电池2次析出：420ml，单位容量充电一次的析气量：1．4ml／Ah。站立放置2次析出：705ml，单位容量充电一次的析气量：2．35ml／Ah。．水平电池的析气量是站立电池析气量的一半。3．4．5．电池循环耐久能力：电池用13(A)放电到终止电压1．75V，然后用慢脉冲计量充电设备充电，充电时间5h，作为一个循环，当电池放电容量降到额定容量的80％时，寿命终止。电池是水平放置在室内，没有采取保温或降温措施，让电池更接近实际使用条件。寿命做到600屡次，现在仍在循环中，见图ll。电tII度?℃J5●2●●田114．结果分析依据标准qcfr742．2021对电池的测试，有的指标接近标准，有的指标优于标准，双极柱VRLA式水平铅酸蓄电池性能良好源于以下多方面的因素：1)电池内阻低：根据欧姆定律，在相同的导电材料与截面时，板栅的长度减少一半，电阻也相应减少一半，电池的电压降低和电能损失也减少一半。732)电流分布均匀：现行电池的充放电一开始都是从极耳附近开始反映，然后逐渐向下延伸，这样就造成了极板的上部电流密度大活物质利用率高，极板的下部尤其是下部的中间部位电流密度小，活物质利用率2)电流分布均匀：现行电池的充放电一开始都是从极耳附近开始反映，然后逐渐向下延伸，这样就造成了极板的上部电流密度大活物质利用率高，极板的下部尤其是下部的中间部位电流密度小，活物质利用率低，板栅腐蚀上部要比下部腐蚀的严重，从解剖使用过的电池也证明了这一点。极板两端引出板耳的水平电池那么不然，由于极板两端出板耳，加之又是水平放置，极板就没有了上部和底部，电流密度均匀的分布在极板上面，活物质利用率均匀一致，从而有效地提高了大电流充放电的可靠性，延长了电池寿命。3)电解液分布均匀：水平电池将电解液的分层现象降低到最低。水平电池是按极板的水平方向安装使用，硫酸的沉降距离足隔板的厚度约在1-3ram，又因正负极板孔率在50％～60％(隔板孔率在|00kPa压力下时约90％左右)，板栅用铅合金没有孔率，板栅外表积约占极板面积的20％左右，使硫酸沉降就限制在隔板厚度之间。可以说，没有硫酸的沉降，就没有电解液的分层现象的存在，也就不会影响电池的容量与寿命。5．结论1)两端引出双极柱水平铅酸蓄电池提高了电池的输出比功率，提高了深循环寿命，系统的降低电池组的内阻是十分重要的一项工作。降低了电池内阻可以选用低电压(2．35V)充电，从理论到实践都证明电池耗水等于零。对于VRLA式电池耗水多就是减少寿命。内电阻低在充电过程中，减少电能损失，降低了电池充电温度，从而减少了正板栅腐蚀，这都是提高容量延长寿命的重要条件。降低电池组的内电阻可以实现大电流充放电。2)两端出双极柱水平铅酸蓄电池的充放电电流密度分布均匀，活物质利用率均匀，依据标准QC／T742—2021中的5．13要求使命已经做到了600次，现在仍在循环中。3)用慢脉冲计量充电设备充电，用3C(A)电流充电，在20分钟内充入放出容量的8