一種避免硫酸溢出和側面鼓脹的電池結構改進

王海燕

【摘 要】雖然鉛酸蓄電池有諸多優點，但是在實際使用與維護過程中發現，部分摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池在初期加液時，出現有少量硫酸溢出的現象，從而腐蝕摩托車；也有電池在安裝使用半年后，部分電池殼體出現鼓脹現象，一方面客戶擔心電池爆炸安全，另一方面使用1～2年后，客戶更換電池時往往取不出來。文章通過對摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池的上蓋和電槽結構進行改進，可以解決客戶自行加液過程中出現的硫酸溢出現象和使用過程中出現的側面鼓脹現象。

【關鍵詞】溢液；鼓脹；加液孔；安全閥；電池槽

【中圖分類號】TM912.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）01-0062-03

1 概述

客戶在使用摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池前，需將裝有硫酸的液瓶倒插入電池加液孔，利用氣壓差使液瓶中的硫酸進入干電池。由于硫酸是鉛酸蓄電池充放電過程必不可少的一種原料，因此，控制鉛酸蓄電池每單格硫酸的加入速度十分關鍵，為有效避免客戶自行加液過程出現硫酸溢出，腐蝕機車，需對加液圖釘大小和加液孔進行改進；同時蓄電池在充電過程中，尤其在充電終了時，其內部產生大量的爆炸性氣體，若此時蓄電池蓋上的通氣孔不順暢、電池槽強度不夠，這些氣體便無法排除，從而積蓄在電池殼內，壓力越來越大，最后使蓄電池鼓脹，因此需對摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池的上蓋安全閥和電槽結構進行特殊的改進與設計。

2 工作原理

2.1 溢液

當摩托車啟動用干荷鉛酸蓄電池加液孔內徑、長度設計不匹配時，在加入硫酸過程中，當極群吸收硫酸速度小于硫酸流入速度且預留空間不足時，加入的硫酸會從排氣孔溢出，造成電池各個單格加入硫酸量不相同，不但腐蝕機車，而且影響電池性能和壽命。

2.2 鼓脹

2.2.1 電池蓋上的加液孔排氣不暢

鉛酸蓄電池在充電過程中，內部會產生氫氣和氧氣，如果電池蓋上的安全閥要求的開閥壓力過大，不能及時開閥排出所產生的氣體，電池槽內的壓力會越來越大，從而使電池兩側產生鼓脹；如果電池蓋上的安全閥要求的開閥壓力過小，會造成蓄電池失水過快，從而降低蓄電池的使用壽命；因此，需要一個合理的安全閥開閥壓，既保證不會爆炸和側面鼓脹，又能控制過多的失水，保證電池的使用壽命。

2.2.2 啟動電機時間較長

在電機動時，需要蓄電池在短時間內提供大電流給電動機，大電流輸出蓄電池內部會產生劇烈的化學反應，如果裝在蓄電池內部的正、負極板化成不徹底或負極板氧化或正極板半化板多，面積大，蓄電池內部的電解液溫度會升高得很快，從而產生大量的氫氣和氧氣。如果安全閥不能及時開閥，或加液孔堵塞，會引起爆炸。若啟動時間過長，氫氣和氧氣產生過多，不但電池側面會鼓脹，而且有可能產生爆炸。

2.2.3 電池外殼鼓脹

柳州市動力寶電源科技有限公司摩托車啟動用鉛酸蓄電池的槽、蓋的材料為PP塑料，在正常的溫度下是不會鼓脹的，電池側面鼓脹往往有一個過程，蓄電池在放電結束后，當充電器給蓄電池充電充到蓄電池容量的80%左右時，充電就進入高電壓充電區，這時在正極板上先析出氧氣。氧氣通過AGM隔板的微孔達到負極，在負極板上進行氧復合反應。反應時產生熱量，當充電容量達到90%時，氧氣發生速度增大，負極開始產生氫氣，大量氣體的增加，使蓄電池的內壓超過開閥壓，氣體帶著水溢出，最終變為失水。隨著蓄電池循環次數的增加，水分逐漸減少，最終蓄電池會出現下列情況。

（1）氧氣通道變得通暢，正極產生的氧氣很容易通過通道達到負極。

（2）熱熔減小，在蓄電池中熱熔最大的是水，水損失后，蓄電池熱熔大大減小，產生的熱量使蓄電池溫度升高很快。

（3）由于失水后蓄電池中AGM隔板發生收縮現象，使之與負極板的附著力變差，內阻增大，充放電過程中熱量加大。

（4）蓄電池內部產生的熱量只能經過電池槽盒壁散即發生蓄電池外殼鼓脹現象。

（5）安全閥是安裝在電池蓋閥孔上的配件，安全閥的大小需要與閥孔合理匹配，如果安全閥與閥孔匹配過松，蓄電池容易失水，從而影響蓄電池的使用壽命；如果安全閥與閥孔匹配過緊，安全閥不容易開閥，氣體聚集，不能及時排出，易發生電池側面鼓脹或產生爆炸。為了方便開閥，不堵塞閥孔，安全閥里會涂抹一些硅油，硅油的多少和質量也影響安全閥的開閥壓力。此外，對安全閥的散熱性、彈性等質量也有很高的要求。

3 改進措施

3.1 溢液的改善措施

（1）縮小液瓶圖釘的外徑。通過縮小液瓶進氣口孔徑，降低酸液流速。如圖1所示。

（2）縮小上蓋加液孔內徑。通過縮小加液孔內徑，增加長度，降低酸液流量。國昌DTX9-BS上蓋加液孔修改圖如圖2所示。

3.2 鼓脹的改進措施

（1）降低開啟壓力，更換安全閥。對國昌DTX14-BS摩托車啟動用鉛酸蓄電池，安全閥規格由原來的10 mm×7.4 mm×6 mm更換為10 mm×7.6 mm×6 mm，第一次開閥壓力由原來的41.5 kPa降到36 kPa，第二次開閥壓力由原來的39.5 kPa降到33 kPa。

（2）修改電池槽內部結構，增加電池槽的強度，如圖3所示。

4 改進后的效果

4.1 溢液改進后效果

表1為改進后試驗效果參數。從試驗情況來看，選用同批、同規格極板和電槽，每單格加入相同濃度和相同量的稀硫酸，分析結果如下。

（1）從1～1到1～3共3只電池，圖釘使用原圖釘1.1 mm，加液孔直徑2.1 mm未修改，加酸平均時間約為20 s，硫酸流入過快，電池化學反應激烈，極群吸收不及時，硫酸外溢，造成3只電池出現不同單格溢液現象，造成電池各格液量不均勻，影響電池使用壽命。

（2）從2～1到2～3共3只電池，圖釘使用由原圖釘1.1 mm改為0.8 mm的圖釘，加液孔直徑2.1 mm未修改，加酸平均時間約為28 s，硫酸流入稍慢，電池化學反應稍減緩，極群吸收仍存在不及時現象，硫酸仍有部分單格有輕微外溢現象，造成3只電池中有2只仍出現有1個不同單格溢液現象，造成電池單格液量不均勻，影響電池使用壽命。

（3）從3～1到3～3共3只電池，圖釘使用由原圖釘1.1 mm改為0.8 mm的圖釘，加液孔直徑由2.1 mm修改為1.6 mm并加液孔由原來的17 mm加長為19 mm，加酸平均時間約為35 s，硫酸流入平緩，電池化學反應稍平和，硫酸加入完畢電池即可使用，試驗的3只電池各單格均未出現溢液現象，各單格加入硫酸量相同，保證了產品質量。

4.2 鼓脹改進后效果

表2為鼓脹改進后試驗效果參數。從試驗情況來看，選用同批、同規格極板和電槽，每單格加入相同濃度和相同量的稀硫酸，分析結果如下。

（1）從1～1到1～3共3只電池，電池蓋和電池槽均使用原來的，未進行任何修改，電池加液后，檢測干荷起動性能后充電5 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為2.5 mm；檢測10 HR容量后充電13 h，充電完成后靜置2 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為2 mm，比充電初期鼓脹稍下降，但仍很明顯。

（2）從2～1到2～3共3只電池，電池蓋上的安全閥規格由原來的10 mm×7.4 mm×6 mm更換為10 mm×7.6 mm×6 mm，第一次開閥壓力由原來的41.5 kPa降到36 kPa，第二次開閥壓力由原來的39.5 kPa降到33 kPa；電池槽仍使用原來的，未進行任何修改，電池加液后，檢測干荷起動性能后充電5 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為1.4 mm，比修改安全閥前鼓脹下降了1.1 mm；檢測10 HR容量后充電13 h，充電完成后靜置2 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為1.1 mm，比未修改安全閥前鼓脹下降了0.9 mm，但仍能看出輕微鼓脹。

（3）從3～1到3～3共3只電池，電池蓋上的安全閥規格由原來的10 mm×7.4 mm×6 mm更換為10 mm×7.6 mm×6 mm，第一次開閥壓力由原來的41.5 kPa降到36 kPa，第二次開閥壓力由原來的39.5 kPa降到33 kPa；增加了加強筋厚度，增大電池槽的強度，電池加液后，檢測干荷起動性能后充電5 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為0.8 mm，比未修改電池槽和電池蓋前鼓脹下降了1.7 mm；檢測10 HR容量后充電13 h，充電完成后靜置2 h，測鼓脹程度，3只電池鼓脹均值為0.5 mm，比未修改電池槽和電池蓋前鼓脹下降了1.5 mm，國昌DTX14-BS電池側面鼓脹現象已得到解決。

5 結論

通過對摩托車啟動用國昌DTX14-BS鉛酸蓄電池進行改進，采用同批同規格極板來裝配，并在電池每單格加入相同液量和相同密度的稀硫酸，液瓶圖釘外徑減小0.3 mm，加液孔加長2 mm，直徑減小0.4 mm，從而加酸時間延長了15 s，硫酸流入平緩，電池化學反應平和，解決了電池加酸過程中出現溢液現象；電池蓋的安全閥更換采用10 mm×7.6 mm×6 mm的規格，第一次開閥壓力下降了5.5 kPa，第二次開閥壓力下降了6.5 kPa，電池槽內加強筋增厚了0.2 mm，電池的側面鼓脹下降了1.5 mm左右，可以看出摩托車啟動用國昌DTX14-BS鉛酸蓄電池加酸時的溢液和充電后使用時的側面鼓脹均得到解決。

參 考 文 獻

[1]伊曉波.鉛酸蓄電池制造與過程控制[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]劉廣林.鉛酸蓄電池工藝學概論[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]柴樹送.鉛酸蓄電池制造技術[M].北京：機械工業出版社，2010.

[責任編輯：鐘聲賢]