松下閥控密封式鉛酸蓄電池技術(shù)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

時(shí)間：2019-01-13作者：北京德?tīng)栴D電子科技有限公司瀏覽：400

1 松下閥控密封式鉛酸蓄電池簡(jiǎn)介
    松下閥控密封式鉛酸蓄電池（ValveRegulatedLead－AcidBattery，簡(jiǎn)稱(chēng)VRLA），按實(shí)在現(xiàn)技術(shù)分為AGM和GEL兩種，前者是指采用AbsorbedGlassMat即細(xì)玻璃纖維棉隔板吸附硫酸電解液的技術(shù)，而后者是指采用GEL即SiO2膠體吸收硫酸電解液的技術(shù)。后者從1957年開(kāi)始由西德Sonnenschein公司開(kāi)發(fā)并投入貿(mào)易使用，由于GEL電池在大電流、低溫等方面的相對(duì)低機(jī)能，固然經(jīng)由了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，迄今為止仍未能成為主流。目前文獻(xiàn)和會(huì)議討論的VRLA電池除特別說(shuō)明外，皆指AGM電池。
    AGM技術(shù)的VRLA電池的研制可以從上世紀(jì)60年代中期起算，實(shí)現(xiàn)真正意義上的貿(mào)易化在1979年，美國(guó)GNB公司在購(gòu)買(mǎi)了Gates公司的發(fā)明**后，經(jīng)由進(jìn)一步研發(fā)，開(kāi)始大規(guī)模出產(chǎn)VRLA電池，容量為32～500AH。此后，VRLA電池在歐美得到推廣應(yīng)用，泛起了以美國(guó)GNB、DEKA、C＆D、英國(guó)Chloride、HAWKER、日本YUASA、GS、松下為代表的大批的VRLA電池出產(chǎn)廠家。到1996年，在固定用途領(lǐng)域VRLA電池已基本取代上一代的富液管式電池。到目前，VRLA電池雖仍面對(duì)眾多的未解決挫折，但產(chǎn)品維護(hù)工作量少的特點(diǎn)深入人心，市場(chǎng)地位已不可動(dòng)搖。


2 松下閥控密封式鉛酸蓄電池目**對(duì)的幾大技術(shù)挫折及其分析

松下電池目前主要存在以下幾個(gè)技術(shù)挫折，其余題目都與這幾個(gè)題目有緊密親密的聯(lián)系或是由這幾個(gè)題目引發(fā)。

2.1 長(zhǎng)期密封

松下電池的長(zhǎng)期密封在目前有被出產(chǎn)和使用雙方忽視的傾向，由于市場(chǎng)上大部門(mén)的VRLA電池都已將短期密封解決得比較好，在電池使用中的表現(xiàn)也可作為佐證。在電池投入使用的前3年，一般不會(huì)泛起密封上的題目。但在對(duì)電池的使用壽命要求已過(guò)10年的今天，在使用3～5年之后，電池的密封還能可靠嗎？讓我們從電池的運(yùn)行中的現(xiàn)象作一簡(jiǎn)樸分析。眾所周知，蓄電池在使用期間正板柵侵蝕后必定伸長(zhǎng)，不同品牌電池之間的區(qū)別僅在于伸長(zhǎng)量的大小，即使是采用公認(rèn)非常耐腐Pb-Sb-Cd-Ag合金，在使用5～6年之后，由于正板伸長(zhǎng)，也會(huì)對(duì)電池柱部位的密封造成致命的破壞。事實(shí)上，從眾多用戶(hù)處收集到的信息來(lái)看，在電池投入使用后3～6年，有良多品牌的電池會(huì)泛起柱處密封破壞的題目，這將導(dǎo)致電池泄露進(jìn)而短期內(nèi)失效。即使是采用環(huán)氧加橡膠的多重密封或氬弧焊的看似牢不可破的密封，也抵抗不住正板伸長(zhǎng)的化學(xué)力。因此，我們有理由對(duì)VRLA電池的長(zhǎng)期密封可靠性再次提出疑問(wèn)。但題目顯然不全在密封上，電池設(shè)計(jì)中對(duì)正板伸長(zhǎng)的充分預(yù)計(jì)沒(méi)有得到足夠的正視，使得目前大多數(shù)的VRLA電池都將面對(duì)使用一段時(shí)間后產(chǎn)生泄露的尷尬。在這一方面，美國(guó)EPM公司（EASTPENNManufacturing,co.,inc.）做得為精彩，體現(xiàn)在其DEKA(r)系列產(chǎn)品中，2VVRLA電池都有一個(gè)可以吸收正板伸長(zhǎng)的彈性底橋（如下圖1），而12V系列的產(chǎn)品使用與Wirtz聯(lián)合開(kāi)發(fā)的連續(xù)鍛造輥壓板柵，該板柵的屈服強(qiáng)度明顯進(jìn)步，因此板在運(yùn)行期間很少伸長(zhǎng)膨脹[1]，能分別知足20年（2V系列）和10年（12V系列）的壽命要求。因?yàn)槭?*的保護(hù)，目前在世界范圍內(nèi)，EPM的這種設(shè)計(jì)仍是*此一家，別無(wú)分店。

2.2 失水、熱失控

松下電池失水的主要原因分為三個(gè)方面，首先是水分解后從安全閥排氣失水，其次是電池槽蓋的滲透滲出失水，三是板柵侵蝕消耗水。電池失水到一定程度，熱失控幾乎就必定發(fā)生。

對(duì)排氣失水，主要取決于電池的板柵合金和浮充電壓，對(duì)不同的電池，由于使用合金的不同，出產(chǎn)廠家推薦的浮充電壓可能不一樣，但過(guò)2.26V/cell（25℃）的浮充電壓普遍以為是不恰當(dāng)?shù)?。過(guò)高的浮充電壓導(dǎo)致額外的水分解和排出。DEKA(r)系列電池采用Pb-Sn合金作為正板柵材料，結(jié)合特殊的正鉛膏配方和制造工藝，使得電池在2.25V/cell的浮充電壓下浮充電流也僅0.028A/100Ah，從而在保證電池充足電的情況下使電池浮充失水減少到較小。

電池槽蓋的滲透滲出失水已有定論，PP是目前防止失水較好的槽蓋材料。下表是VRLA電池較常使用的三種材料的機(jī)能對(duì)比[2]。

板柵侵蝕失水取決于所用的合金和充電電壓，目前普遍采用Pb－Ca系合金作為負(fù)板柵，正板柵則因?yàn)殡姵貦C(jī)能上的綜合考慮而有所不同，如美國(guó)GNB采用Pb－Sb－Cd－Ag合金，EPM采用Pb－Sn合金，一般廠家采用Pb－Ca－Sn合金，各種合金各有優(yōu)劣，目前難有定論。

當(dāng)電池的失水達(dá)8～10％時(shí)，因?yàn)檠鯊?fù)合效率的高效以及散熱不良，電池將泛起熱失控，短時(shí)間內(nèi)即告失效。

2.3 電池平均性和可靠性

因?yàn)榻M成電池的各零部件、材料在尺寸、成分、用量上的微小差異，使得電池在浮充電壓、靜態(tài)電壓上表現(xiàn)出固然在**百分比上也是微小，但實(shí)際上不能接受的差異。海內(nèi)外均對(duì)這種差異賜與大的關(guān)注，所有的VRLA電池制造廠都投入大量人力物力進(jìn)行研究和解決，但成效好像還不盡如人意。

做得較好的如DEKA(r)電池，也只能宣稱(chēng)達(dá)到電池出廠6個(gè)月內(nèi)投入使用，浮充電壓差在±20mV之內(nèi)，儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)，投入使用后的電池差異越大。根據(jù)EPM的研究，電池電壓的差異主要受板和電池吸酸飽和度的影響，采用高本錢(qián)的槽式化成有利于進(jìn)步板的平均性，而采用富液玻璃棉隔板（HGM）和倒酸工藝有利于飽和度的平均。電池的平均性和可靠性就取決于制造廠的工藝制造水平，海內(nèi)外都傾向于進(jìn)步制造的自動(dòng)化水平以進(jìn)步電池的平均性和可靠性。如EPM公司在DEKA(r)系列VRLA電池的出產(chǎn)上，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全出產(chǎn)過(guò)程的電腦監(jiān)控和高度自動(dòng)化制造。

電池在使用前提上的平均性是輕易被忽視的方面，假如幾個(gè)電池密放在一起，我們必定能檢測(cè)到中間的電池溫度會(huì)較兩頭的高，日積月累下來(lái)，中間電池的失水、侵蝕等會(huì)較其他電池為多，差異由此拉大，并導(dǎo)致個(gè)別電池壽命提前終止，整組電池也隨之失效。EPM的DEKA(r)系列為每一個(gè)VRLA電池都提供六個(gè)面的散熱，以保證電池在使用前提上的平均性（下圖2）。

VRLA電池維護(hù)工作量的大減少，使得用戶(hù)包括制造廠對(duì)使用中電池的狀態(tài)不能很好把握。提高前輩鉛酸電池聯(lián)合會(huì)（ALABC）曾調(diào)查了100萬(wàn)只（6萬(wàn)組）電池的使用數(shù)據(jù)，因?yàn)橛猛镜牟煌姵厥褂脡勖鼜?年到15年以上不等。在電信應(yīng)用上，有54％的電池組**換過(guò)電池，大多數(shù)使用15年以上。調(diào)查還揭示，導(dǎo)致個(gè)別電池提前失效的原因首先是VRLA電池對(duì)工作溫度的敏感，以年均勻工作溫度25℃為尺度、假如長(zhǎng)期工作偏差過(guò)10℃，則該電池組有78％在不足5年的時(shí)間內(nèi)一只電池失效，因此，在寬的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行的電池組，壽命縮短。導(dǎo)致壽命縮短的二個(gè)原因是過(guò)充電所致的電池干水，環(huán)境溫度35℃而沒(méi)有降低充電電壓的電池34％的不到5年就失效[3]。

3 當(dāng)今閥控式密封鉛酸蓄電池發(fā)展趨勢(shì)

3.1 連續(xù)鍛造輥壓板柵

由EPM和Wirtz聯(lián)合開(kāi)發(fā)，明顯進(jìn)步屈服強(qiáng)度，減少板伸長(zhǎng)膨脹。

3.2 薄片電

板柵厚度小于1mm，以獲得佳的充放電電流特性。由Wirtz開(kāi)發(fā)，在EPM承擔(dān)的ALABC項(xiàng)目中應(yīng)用。

3.3 平面式管式電

板柵擠壓成型，厚0.75mm，制成板后不過(guò)3mm，合用于EV、HEV等輪回使用場(chǎng)合。由YUASA開(kāi)發(fā)。

3.4 箔式卷狀電

薄如紙的電，厚度僅0.05～0.08mm,由美國(guó)BOLDER公司開(kāi)發(fā)。具有高的比功率和可再充機(jī)能。用于電動(dòng)工具等場(chǎng)合。

3.5 水平電池

采用在玻璃絲上擠壓包覆Pb－Sn合金制成的鉛線編織的鉛布為板柵，分別在兩頭涂正、負(fù)鉛膏，中間留有鉛絲相連。制得的電水平疊放。比能量和比功率較高。

3.6 雙性電池

一塊板，一面是正，另一面是負(fù)，和其它板串聯(lián)成電池。內(nèi)阻小，比能量高，尤其適合組成上100V的高電壓?jiǎn)蝹€(gè)電池。

3.7 螺旋卷狀電電池

由EXIDE開(kāi)發(fā)，薄的連續(xù)電卷繞成圓筒，有較好的深輪回壽命。

3.8 內(nèi)催化電池[4]

由美國(guó)費(fèi)城科技發(fā)明，C＆D購(gòu)買(mǎi)后已貿(mào)易化應(yīng)用。原理和防酸隔爆電池的消氫相同，但置于電池內(nèi)部。為負(fù)復(fù)合氧的輔助－冗余結(jié)構(gòu)。據(jù)C＆D測(cè)試，能明顯降低高電壓充電時(shí)的析氣量，減少水損耗。

3.9 槽式化成

本來(lái)不是新技術(shù)，但由于對(duì)電池的平均性效果較好，有重新普及的趨勢(shì)。EPM全部的VRLA電池均采用槽式化成，C＆D在其liberty2000系列上已采用槽式化成。

3.10 富液式松下電池

采用富液式隔板（HGM）的松下電池，由隔板中的憎酸材料（PE）提供氧氣復(fù)合通道。顯然電池中將留有多的水。

3.11 VRLA電池智能化

多是指充電設(shè)備的智能化和智能化監(jiān)控，但因?yàn)樵O(shè)備投入大，未普及。

4 小結(jié)

回顧鉛酸蓄電池近150年的發(fā)展史，我們看到，當(dāng)某一種形式的產(chǎn)品發(fā)展到接近**的時(shí)候，在不知不覺(jué)中，它正被另一種形式的產(chǎn)品所取代。推動(dòng)鉛酸蓄電池技術(shù)不斷發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，是在減少維護(hù)、進(jìn)步不亂性和可靠性上高的需求。未來(lái)屬于免維護(hù)電池，而松下蓄電池較接近此要求。通過(guò)技術(shù)上的不斷提高，松下電池將以高的質(zhì)量，低的價(jià)格服務(wù)于用戶(hù)。
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• 詞條

  詞條說(shuō)明

• 湯淺蓄電池NP10010-12

  蓄電池使用說(shuō)明：● 額定容量不同、性能不同、新舊不同、生產(chǎn)廠家不同的蓄電池不可連接在一起使用?！?實(shí)際容量相同的蓄電池或蓄電池組方可串聯(lián)使用。● 實(shí)際電壓相同的蓄電池或蓄電池組方可并聯(lián)使用。● 蓄電池組連接和引出請(qǐng)用合適的導(dǎo)線?！?連接和拆卸時(shí)務(wù)必切斷電源，否則會(huì)有觸電甚至爆炸的危險(xiǎn)。● 正負(fù)不得接反或短路，否則會(huì)使蓄電池嚴(yán)重受損，甚至發(fā)生爆炸?！?連接部件應(yīng)鎖緊，防止產(chǎn)生火花；若接觸面被氧化，

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