閥控式鉛酸蓄電池生產過程的控制分析

陳鳳偉

摘 要：閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）由于裝置便捷、維護次數少以及高倍率的電能特性，容易給人造成其屬于免維護蓄電池而疏于質量控制與維護，進而在使用中出現電解液干涸、負極板硫酸鹽化、熱失控等一系列問題，而問題的產生除去和電池使用條件息息相關外，還與其生產過程有密切關聯。本文概述了閥控式鉛酸蓄電池的發展現狀及面臨的挑戰，對生產過程中存在的問題進行分析，并提出相應地控制策略。

關鍵詞：閥控式鉛酸蓄電池；VRLA；生產過程

0.引言

VRLA電池最初在二十世紀七十年代由國外研制投產，我國在一九八五年開始引進生產。相較于傳統的鉛酸蓄電池，VRLA電池因為具有無需補水、酸霧少、不漏液等優勢，一經投產便廣泛應用。VRLA電池盡管具有諸多優點，但也存在著電池均一性一般、自放電速度過快、使用壽命短等劣勢，而這些問題的出現和VRLA設計、使用條件以及生產過程控制均有著重要影響。

1.閥控式鉛酸蓄電池的發展現狀及面臨的挑戰

1.1閥控式鉛酸蓄電池發展現狀

現階段，國內外生產VRLA電池主要基于AGM技術和GEL技術。前者電池內部并無電解液，而是采用超細玻璃纖維隔板，在汲取大量的電解液后，保持10%孔隙作為復合通道，讓正極析出氧氣可以在負極進行復合。極群實施緊裝配、極群間對焊，因此內部的內阻很小，適用于大電流放電。AGM技術能夠令氣體保持超高的復合率，內部基本沒有游離酸，具有自放電小、充電速度快的電池性能。GEL技術則采取富液式設計，由于膠體的固定使得電解液基本上無分層，高溫下，膠體電池仍然具備長壽命性能。需要注意的是，該技術中電池內部氧的復合通道主要是依據膠體收縮所起的裂紋來實現，復合效率一般，控制閥時常會產生酸霧，無法真正意義上體現密封蓄電池的環保性。VRLA技術的出現直接推進了鉛酸蓄電池的革命，將鉛酸蓄電池重新帶入了繁榮的發展時期。

1.2挑戰

如圖1所示，鉛酸蓄電池發展成閥控式設計，必定會引發電池結構性的變化，這也就給技術人員克服鉛酸蓄電池使用壽命短的問題帶來了全新的挑戰，力求讓電池無需維護、無酸溢出、高速率放電。

2.制約閥控式鉛酸蓄電池正常使用的因素

2.1溫度環境

VRLA電池多采用貧液設計，溫度環境不僅會影響VRLA電池浮充電壓，更會從實質上改變放電容量。相同的電池，且在放電速率一樣的情況下，在特定環境溫度放電，放電容量會隨環境溫度的升高而降低。處在高溫環境中，電池內部電解液的黏液會降低，在提高導電性能的同時，放電容量加大[1]。如果在50℃超放電，電池容量則會顯著減小。高溫環境下對VRLA電池的使用壽命會有很大影響，如溫度升高，電池內部極板的腐蝕將進一步加劇，消耗水量更大，蓄電池壽命也會有所縮短。

2.2過度放電

過度放電基本出現于交流電源停電之后，電池呈負載供電形勢下。如VRLA電池過度放電至電壓過低時，會致使其內部產生大量硫酸鉛被吸附到電池陰極，導致硫酸鹽化。硫酸鉛屬絕緣體，進而對VRLA電池的充、放電形成不良后果。可以明確，電池陰極中的硫酸鹽成分越多，其內部的內阻就越大，充放電性能大打折扣，使VRLA電池無法正常使用。

2.3浮充電

浮充電會導致VRLA電池陽極極板鈍化，內阻變大，電池容量下降，從而致使電池壽命大幅縮短。

3.閥控式鉛酸蓄電池生產工藝控制

3.1雜質含量

控制雜質，絕非是指所用原材料純度越高，必要的雜質對VRLA電池是有益的。本文所說的控制雜質控制是指對有害雜質進行控制，在將其控制在最低水平的基礎上，特別要控制可能會降低H2的析出電位，加速放電雜質如Sb.Fe。

高品質的VRLA電池，必定要使用高品質的原材料。相較于傳統的富液式鉛酸蓄電池，VRLA電池對雜質含量要求更加嚴格，如富液式鉛酸蓄電池對金屬鉛及合金的雜質含量要求一般控制在0.001%，而VRLA電池則要至少控制在0.0001%。

生產期間對工裝設備的選擇，也需要進行嚴格控制，不然則會變成VRLA電池雜質源。如相當數量的和膏機都是襯套不銹鋼板，在長時間的磨損之后，會出現砂眼，和膏用酸滲入后引發銹蝕，和膏時酸液混入鉛膏，導致鉛膏鐵含量猛增出現雜質污染。

3.2板柵控制

鑄造鉛銻合金技術絕不可全部嫁接到鉛鈣合金中來，鑒于后者冷卻區域非常窄，所以必定會比前者難治更多。對此，需要首先控制Ca含量。金屬熔化時生成氧化物，為了盡快的得到時效硬化板柵，控制Ca含量十分重要。須知如果Ca過低，板柵就會發生混合不穩定的顆粒狀態，非常容易遭受腐蝕，含錫板柵無法硬化。第二，控制合金、模具溫度。按照板柵所要求的厚度與合金成分，調整合金鍋與模具溫度，特別在鑄板前模具溫度必須滿足既定標準，澆注時應當快速，定模時間短。

如要保證耐腐蝕性能而不讓板柵發生裂紋、縮孔現象，就一定要合理的控制合金冷卻速度。過冷度是與合金溫度、模具溫度和冷卻速度有關的物理量[2]。

3.3鉛粉控制

保證鉛粉能夠有序的生產，就一定要控制好生產階段的熱量平衡與物料平衡。形成熱量的原因除去焓變外，更有物理意義上的機械能轉變。消耗熱量的原因基礎上是通風系統送入室溫的氣體而帶走高溫的氣體和鉛粉，進料升溫和鉛粉機向環境散熱。生產過程中，升溫操作包括：關閉正負風機，進料以加強負載。降溫則是為了加大負壓和正壓風機風壓、風量，應當保證物料平衡，均勻進料，保證鉛粉速度相當。為了確保鉛粉生產質量，需要對其氧化度、視密度、吸酸量等各個理化指標進行嚴格的控制。一旦其視密度過低時，鉛粉中游離鉛含量增高，極板固化階段，出現固化的極板水分流失會很快。導致固化之后的極板中游離鉛含量猛增，活性物質發生裂紋。

4.結束語

綜上所述，從鉛酸蓄電池的發展歷程不難發現免維護、輕量化、低能耗、高功率是未來蓄電池技術發展的核心。文章通過分析VRLA電池使用壽命的影響因素，證實VRLA電池發生故障是有跡可循的，利用切實可行的生產控制管理，能夠提高VRLA電池的運行維護水平，這需要國內外研究人員持續努力。

參考文獻

[1]劉丹.單體閥控式鉛酸蓄電池檢測系統的研制[D].華中科技大學，2012.

[2]魏曉斌，張磊，張光.溫度對閥控式鉛酸蓄電池的影響分析[J].電源技術，2014，17（02）：37+40.