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电动助力车用铅酸蓄电池的结构改进及工艺探讨
摘要
    本文阐述了电动助力自行车用铅酸蓄电池的工艺改进和结构设计的变化，探讨分析了有关电池板栅的结构改变、电池盖的设计改进，着重分析了由于充电、放电方法的不正确使用而导致的电池失效的原因，并针对东北地区低温季节所产生的电池低温放电能力不足的一些补救和改良措施，特别强调了铅—钙系列合金用于电动助力车电池制造的重要性。
前言
    电动助力自行车大量普及的今天，人们都希望其动力源——蓄电池组的性能优良，而同等价格，同样重量的电池组相比较放电能力越强的越受到人们的欢迎，因此，在生产原材料基本一致的情况下，既要保证产品的质量，又要在提高电池放电能力的基础上不增加生产成本，那么也只有在产品的内部加以改进和提高，无论是产品设计还是工艺技术参数都要改进，我们着重做了以下几个方面的工作，改革了板栅结构和电池防尘盖，研究并使用了耐低温配方探讨了几种常用铅合金的性能，并用最佳的铅合金制造电池，较好的提高了整体电池的性能。
1.蓄电池结构
    只有优良的电池极板而没有合理的电池结构也同样制造不出高质量的蓄电池，现有的绝大多数型号的电动车用蓄电池组都存在一个明显的缺欠，既电池壳盖上的注液孔设计不合理，根据广大维修人员的反馈和我们的检查情况来看，电池组在使用半年左右就明显的出现缺水现象，（特别是铅—锑--镉板栅制造的电池更是严重）。当加水补液时却发现注液孔设计的很不方便，孔径太小，注液困难，稍不注意就会有硫酸反喷出来，很危险，既容易伤人，又容易腐蚀设备，所以，建议将孔径放大，改变成既能利于排气又利于注液又不渗漏，我们借鉴起动型免维护蓄电池的密封阀进行了新的结构设计，取得了很好的效果，非常成功，其次电池防尘壳盖的设计也应该加以改进，它完全可以设计成凹凸卡槽式，装拆都方便，尽量避免使用化学粘接剂，免除化学污染而且省工省力，比如有些厂家生产的抽拉式防尘盖就很有创新，这种环保意识很强的设计理念正是我们都应该学习的。
从目前国家蓄电池质量监督检验中心的电动车电池的寿命实验检查情况来看，（当然，还有从社会上回收的电动车电池的解剖）绝大部分坏掉的电池反应出三个主要问题；一是占用一多半以上的电池都已干枯或严重缺水；二是个别电池的阳板极板部分活性物质脱落而导致短路使电池失败；三是正、负极板完好，但是却放不出电来，这种情况很有可能是充电方法不正确从而导致电池失效的，其它个别的还有极柱旁渗酸的最终烧断导线等等，这些问题其实并不难解决，如果严格控制极板合金的特种元素的使用，就可以将充电末期的水的电解降到最低值，从而保证极少失水，而满足电池做工，如果严格控制高质量的极板的固化工艺，就可以保证活性物质的牢固性，而不发生脱落，至于充电方法，电动助力车用蓄电池就是一个特例，很有必要制定一套全新的充电、放电方法，力争使每一个消费者和工作人员都懂得，此种电池只有将80%以上的电量全放出来再充电才是较好的充电方法，更有利于电池的长寿命使用。
我们为了更进一步的提高电池的放电能力，针对6--DZM--10型电池进行了板栅的改革，如示意图1所示，在板栅的整体结构上，除了保持原有的纵向筋条外，还增加了一些纵向筋条，而将原有的横向筋条减少了一半，板栅的外形尺寸不变，这一结构的变化经过多次容量实验检查，放电容量有了约8%以上的提高，同时发现在负极板中配合使用低温性能良好的铅膏配方，使电池的低温性能有了很大的飞越。另一方面，由于电动助力车用电池组的极板都是紧装配的，极群处于封闭挤压状态，所以减薄极板而增加极板的片数也是提高放电能力的一个有效的途经，这在今后的工艺改革中是我们首选的重点。

 2.铅合金的选择
    目前，用于制造电动助力车用铅酸蓄电池的合金大多数都在使用以下几种铅合金，它们分别是铅—锑—隔系列和铅—钙—锡系列，还有一少部分在使用还原铅来制造极板，总之，从电池特性和使用要求方面来分析，最适合于此种电池制造的铅合金还是铅钙系列，当然，如果铅锑系列合金中锑的含量如果低于1.5％以下时，也是可以的，这两套系列合金都有着很好的性能，非常适合免维护蓄电池的制造，若使用铅钙系列合金，它的耐蚀能力保水能力还是不错的，虽然有一些缺点，比如钙元素的烧损，铸造废品率高等等，但是它的优点确远大于它的缺点，我们仍然主张使用铅钙多元合金来制造电池极板，多年的经验告诉我们，它有良好的机械性能，优良的导电性和耐蚀性，仍然是用来制造电池的优良合金。我们建议最好不采用普通的铅锑合金来制造电池板栅，它会造成电池失水干枯的严重的恶果，除非锑含量小于1.5%以下，否则不能使用，因为在铅基体中锑元素一但超过一个特定值约2.8%时，势必会发生很强的电解水而析出氢，氧气，并随着充电末期电压的升高，而发生更大程度上的电解水过程，如果再经过反复的几十次乃至上百次的循环充、放电，电池内部的电解液就所省无几了，这个问题应该高度重视，尽可能的避免或不使用铅锑合金。我们要认识到电动助力车用蓄电池的合金，其使用要求是很严格的，它一定要保证电池在充电末期的失水率非常小，同时又必须具有良好的导电性，耐蚀性和抗张强度及硬度，只有这种合金，才是制造精品电池的基本保证，如果忽略了这一主要环节或者用其它用途的合金随便替代都将是致命的错误，总之，尽可能的采用有易于降低生产成本，又不损害电池的铅合金来造电池是未来的主方向，一种用来生产电池性能稳定的不污染环境的不伤害人类身体健康的铅合金是我们大力提倡的。
3.蓄电池的低温放电能力
    我国地域辽阔，特别是东北地区一年中有近5个月的时间在寒冷的季节里度过的，在这种环境下使用，一个不可忽视的问题——电池组的低温放电能力，人们采用了多种方法来提高此种性能，常用的有在负极板中定量的加入一些木素，碳黑，腐植酸等等，这些添加剂的加入在一定程度上改善了电池的低温放电能力，但是还不理想，我们参考了有关长兴电子电源研究所的周龙瑞等先生的文章，在电池的结构和电解液添加剂等方面都做了探索，我们将板栅的横向小筋条减小到只有原来数量的一半,就保证了活性物质铅膏的增加,为低温放电也打下了良好的基础,其次,在电解液中调配了适当的有利于降低冰点的化学试剂,如磷酸盐等无机盐类,并在实验电池的负极板中加入了特种拷胶 x(分几个不同的成分加入),使用这种改进的电池组我们在室外的实际道路上和室内试验台同时进行，当气温保持在-12℃以下，室外路程为30公里保持车速中速行驶，进行30次往复行驶，以车上电压指示灯最末一绿灯亮起为止，此时电池组的电压大约为30.5伏左右且明显感觉车已无力向前冲为一个循环，计好时间，在30次的运行中新研制的电池组每次都超过2小时的运行时间，最好的两次运行时间超出2小时18分，强调一点，每次充电时都要保持电池组的环境温度大于18度，以 保证充足电量。在对比另两组普通末加以改造的电池，结果发现，它们的放电能力多在1.3－1.5小时之间，试验台上的俩组改进的电池以5安培电流放电循环320次全部合格。
4.电池组的充电，放电方法
    一组组装良好的电池若是没有正确的使用和维护也是很难长寿命的，电动助力车用电池组的充电、放电方法就更为重要了，再次强调每次充足电量以后一旦开始行驶，不到最后一个绿灯亮起时不要再充电，这一点非常关键，他既保证了电池内部到表层的绝大多数活性物质都参与了电化学反映，使电池始终保持一种高容量放电状态，平常充电末期时一定保证在浮充状态即绿灯亮起时还要继续充2－3小时，以保证充足电量，冬天还要增加时间，要是有特殊情况比如电池组电量已用了一部分，又要立刻长路程使用，那只好立即充电就是了，但是这种突发事件，一两回还可以，决不可经常采用，正确的使用了充、放电方法，你的电池组就有长寿命使用的根本保证。
5.结论
    上述的几种改进有利于电池的高容量放电和长寿命使用，正确的应用充电、放电方法更是重要的，迫不得已的情况下，可在专业人员的帮助下补充电解液，适当地减薄极板即可提高放电容量又可降低材料使用，加大力度改进电池的设计，力争在不久的将来，一种更环保，少失水不漏液的高容量的电池被人们制造出来。