行业标准YD/T799-2002《通信用阀控式密封铅酸蓄电池》中技术要求共有20条,它们是:型号命名、工作环境、结构、外观、阻燃性能、气密性、电池重量、容量、大电流放电、容量保存率、密封反应效率、防酸雾性能、安全阀要求、耐过充电能力、蓄电池充电的管理、蓄电池端电压的均衡性、电池间连接电压降、防爆性能、封口剂性能、蓄电池寿命。该标准在 范围 中说,这些要求 适用于生产企业、使用单位和质量监督部门对产品质量的检验 ,其实对于生产企业来说,这些要求 止于出厂检验、市场初验 , 始于设计 , 贯穿于整个生产控制之中 。所以笔者乐意从自己的学习体会出发,和大家一起解读这些要求,宣讲 要求 与质量控制的具体关系,从技术层面揭示要求的内涵,借以提升生产人员和质检人员的质量意识。
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本篇解读 5.11—密封反应效率 和 5.17—电池间连接电压降 。
5.11—密封反应效率。
要求是:在规定的试验环境温度、充电方法和持续时间下,收集气体按公式进行计算,银泰蓄电池密封反应效率应不低于95%。
铅酸电池充电末期必然反应氧气和氢气的析出,使用玻璃纤维毡隔板的阀控式密封铅酸蓄电池之所以能做到相对的密封,是以 阴极吸收原理 为基础,以合理的正负极板活性物质比例、适当的电解液量(贫液)、可靠的安全阀以及槽盖、端子处的完好密封为保证的。充电过程中,正板产生的氧气能被负板顺利吸收,电池的内压不会增大,电池才能够实现密封。所谓 密封反应效率 指标,面上考核的是电池析气量(析气量大则不合格),稍深层次考核的是:
1、设计正负极板活性物质比例的合理性以及正负极板活性物质量的控制;
2、设计化成电液量注入的准确性以及化成工艺准确性的控制;
3、槽盖、端子处密封完好的控制。
阀控式密封铅酸银泰蓄电池业界的现阶段,由于设计缺陷导致 密封反应效率 指标不合格几乎没有或极为罕见,这就是说,从设计上做到 密封反应效率 合格是轻易而举的事儿。见闻到的 密封反应效率 试验不合格,排除试验过程的误差外,无一例外都是生产过程控制不严格所导致。能明显左右 密封反应效率 指标合格与否的生产过程质控点是:
1、涂板工序。涂膏厚度超出工艺要求的±范围或重量超出工艺要求的±范围,使产成品设计的正负活性物质比例发生变化,同时也变化了电池充电末期析氧析氢的间隔电位或间隔时间,导致析氢发生或析氢早期发生,氧气不能按设计预想被负极吸收, 密封反应效率 试验收集到过量气体,导致试验结果不合格。
2、注液工序和化成工序。注液量的准确如否,直接关系到成品电池 贫液 程度(也关系到成品电池的电解液密度,从而影响电池的端电压,继而影响电池组浮充均衡性),一旦 贫液 变成 准富液 (即注入液量过大),则会使因 贫液 预留下的不被电液 占领 的隔板空隙被多注入的电液堵塞,使正板产生的氧气失去了被负板吸收的通道,于是,在充电过程中,一方面正板氧气继续析出,另一方面负板不能接受到来自正极的氧气而氧化,负极的电位则会上升,继而达到析氢电位而析出氢气,导致 密封反应效率 试验收集到过量气体,导致结果不合格。
3、封胶工序。槽盖处或端子处胶封不严,除可能造成电池漏液以外,还会使阀控式密封铅酸蓄电池不在密封状态,充电时电池不能建立一定的内压,正板产生的氧气不能通过隔板空隙横向流通到对过的负板,导致一方面正板氧气继续析出,另一方面负板由于得不到氧的光顾不能有效降低负极电位或不能维持负极电位不变,于是,氧气和氢气相继不断盈出,导致 试验结果不理想。
想得到 密封反应效率 试验合格(不低于95%)或结果更佳(大于95%),生产中的上述3个质控点必须得到完全控制,操作人员的自检意识必须不断增强。
5.17—电池间连接电压降。
要求是:串联电池组在1小时率恒流放电(或充电)下,电池间的连接电压降△U≤10mV。
由于规定的测量点是相邻两只电池经连接条连接的极柱(而不是连接条两端),所以此项指标其实考核的是:
1、 连接条材质、截面积和结构成型的正确设计是否在加工中或进货检验时得到保证;
2、 电池端子上平面能否保证一定的光洁度;灌胶前能否保证电池端子的垂直;
3、电池组安装效果能否保证电池组中各个单体处在同一个水平基面;连接条与端子处螺栓紧固是否牢靠、垫圈是否正确放置。
可能导致该项试验不合格的原因如下:
1、 连接条材料以次充好;真实截面积不够;连接条鼻子不平整;铜芯/鼻子结合部不牢靠;结果导致在大电流通过情况下发生连接条压降过大。
2、 极群装槽后不能保证极柱垂直;端子封胶前不能保证端子上面的水平;
结果导致连接条与端子点接触而非面接触,发生连接条压降过大。
3、电池组安装由于电池架原因不能保证电池组中各个单体处在同一个水平基面和连接条与端子连接不好,或未紧固,或点接触而非面接触,造成连接条压降过大。
杜绝以上原因造成 电池间连接电压降 不合格,则需要:
1、电池厂家进货严格把关,尤其是在铜材价格飞涨的背景下,应完备材料杂质检测设备,拆卸方式测量铜芯面积和铜芯、鼻子结合部;
2、质检严格把关合盖后保证极柱的垂直或端子上面的水平,做到质检未放行端子不灌胶;
3、售后人员细心安装电池组;向用户或代维宣传、培训电池安装技术和细心的重要性。
银泰蓄电池额定容量的满足,在某种程度上反映了电池的综合性能,成为一般客户最为关心的指标。在通信运营商那里,初验和终验的核心指标就是电池的额定容量,生产企业最重要的质量检测也是考核电池的额定容量,且在成本允许的情况下,往往还将额定容量做出一些盈余。在电池的结构设计确定之后,生产工艺的执行程度左右着额定容量值的大小,有明显影响的工序为:和膏、固化、极群焊接、配酸注液和化成。
1、在和膏工艺既定以后,过程中的次序、料量及均匀、温度和时间都影响 膏 的化学性质,从而最终影响容量。
2、固化程序设定之后,固化室密闭程度和通风环节、过程连续和可能发生的连续中断以及对连续中断的评估都会对固化效果发生影响,从而最终影响容量。
3、活性物质的利用和有效的比表面积是决定电池容量最重要的一块;极群焊接的质量直接影响极板的 参入 ,虚焊或极耳氧化的处理不周都会直接影响电池容量。
4、配备硫酸溶液,其硫酸密度的测量及环境温度的密度换算都是很重要的环节,它与注液量的准确与否一样,最终在一定范围内影响容量。
5、定期核对化成设备时间、电流、电压的数据显示是否准确很重要,它们关系到充入电量是否得到保证、电压 峰值 是否得到保证、放电效果是否达到预期以及化成完成后电池电解液含量和充电末期电解液密度,这些,都会不同程度地影响电池额定容量。
YD/T799-2002标准 5.8 容量 中要求:
……10h率容量第一次循环不低于0.95C10,在第三次循环应达到C10;3h和1h率的容量应分别在第四次和五次以前达到…… 。
这段条款除了字面上表达的要求外,还传达了以下信息或提出了隐性要求:
1、阀控式密封铅酸蓄电池的容量在使用初始期有一段上升阶线,即应该在初始的循环中获得额定容量的上升。
2、与规则一个次序,即大电流放电容量和小电流放电容量的证得必须体现大电流放电容量相对较难实现,而不是相反。
笔者了解到,类似的要求可追溯到阀控铅酸蓄电池问世以前的富液铅酸蓄电池相关标准,以及现在正在实施的富液类铅酸蓄电池相关标准。富液铅酸蓄电池(或干荷电铅酸蓄电池)的容量特性与此吻合,是由其结构特点所导致。其一,开口结构空气很容易进入,污染松散型装配极群中的负板,使一些表面被弱硫化,需通过多个循环来解除;其二,富液状和非吸附式隔板导致电解液密度分层,限制电离子的传输,在产生微电池放电的同时硫化极板,削弱大电流放电能力,也需通过多个循环来解除。
而密闭的贫液的紧装配结构的阀控铅酸蓄电池具有如此容量特征,则完全是另外一回事儿。以 酸量控制容量 作为设计基础输入的阀控铅酸蓄电池争锋相对于富液铅酸蓄电池的 活物控制容量 设计,活物当量盈余电液当量的设计致使初始循环中额定容量上升特征源于事实上的 非完全化成工艺 , 将初始的循环变成了化成的持续,在定量注入硫酸的控制下,进一步提高活性物质利用率,促成处在转换边缘的物质继续转换的同时增高充电末期电解液的密度,使之在初始循环期有一段明显的容量上升阶线。而 大电流放电容量和小电流放电容量的证得必须体现大电流放电容量相对较难实现,而不是相反 的容量特征不再显著,甚至相反,则是由于紧装配下的隔板/极板紧贴和相对富液铅酸蓄电池较高的电解液硫酸密度所导致,具体表现为大电流容量比小电流容量更容易达到,用技术进步在事实上修改了这项隐性的要求。
一个标准的制定,之前,总有行业历史惯性的介入;之中,总有修改打算的伴随;之后,总有不甚完善的遗憾。即使某些条款在制定过程中值得肯定的作出了结合市场因素的姿态,却很难考虑到当时尚未出现的技术进步,或很难认识到即将出现的技术进步。 笔者认为 隐性要求 之所以不切实际,在于尚未认识老式铅酸电池与阀控铅酸电池的根本差别,有待于在下一次的修订中更正。
YD/T799-2002标准的 5.7 款是关于银泰电池重量的要求。要求对电池重量上限做了规定,对电池重量下限未作规定。标准是在YD/T799-1996的基础上修订的,于2002年2月1日颁布并实施,主要的修订活动是蓄电池原材料价格尚未上扬且相对稳定的2001年下半年。该条款未对电池重量下限作出规定,其本意在于鼓励阀控铅酸蓄电池比能量的技术进步,却忽略了在一定的重量范围内决定蓄电池额定容量的是极板的比表面积,而非活性物质的绝对重量这一基本事实。当蓄电池原材料价格疯长与蓄电池销售价格不成比例的背景形成后,电池重量下限未作规定诱导了蓄电池市场向无序发展,复杂了市场经济质量/价格的基本构架和模式,莫种程度上还停滞了铅酸蓄电池的技术进步。这些都是修订者当初始料未及的。
笔者认为,以尊重科学的名义给蓄电池重量做一个下限要求,同时也是对市场的尊重、对铅酸蓄电池历史的尊重、对社会的尊重。至于标准对蓄电池重量上限做了要求,其本意在于给厂家设一道技术门槛,别玩大容量电池刷小容量唛头以检测通关的花样。而一些合同相关重量的条款,主要是强调同批号产品的一致性,以考核生产厂家生产过程的控制,以此作为产品均衡性指标之一。因为,涂膏工序的控制和注液、化成工序的控制,直接影响产品电池的轻重。
标准的5.10 条是 容量保存率 ,条款要求10h率容量试验合格后的蓄电池完全充电后,在25℃±2℃的环境温度中静置28天。不经补充电进行10h率容量试验,将得到的容量与上次10h率容量试验的容量进行比较,结果应不低于96%。
此项条款考核的是银泰蓄电池自放电率。引起蓄电池自放电率高的原因有以下几种情况:
1、 铅材料含杂质高
2、 硫酸纯度不够
3、 微短路
4、 制造现场清洁度不够
5、 极群上下装配松紧度差别过大造成微电池放电
6、 电解液分层造成微电池放电
7、 密封不严或控制阀失效导致空气进入槽内污染负极板
针对以上七种造成自放电率高的原因,应作相应对策:
1、强化对电解铅、合金铅以及汇流排焊条的杂质含量检验,取样点要分散,一批多点;要关注铅粉机接触铅粉各部有否锈蚀;要关注和膏机、涂板机接触铅粉、铅膏各部有否锈蚀;还要关注极板涂膏搁架有否锈蚀;
2、硫酸一批多桶取样化验;相关操作人员关注硫酸颜色有否异样;
3、操作人员在焊接汇流排的末期当溶铅未冷却之前最好用枪头掠去汇流排上的浮渣;清除极群上可能存在的铅粒、漏铅再装槽;电池封盖前一定要仔细检查槽内有否铅粒、漏铅,用万用表电阻挡测量有否短路;包膜工序应将有破洞、稀疏状隔板剔除,将不平整、有瘤点、有毛刺的极板剔除;
4、和膏、涂膏现场应最大程度的保持清洁,避免地面扬尘,极板存放区应在保持干燥的前提下避免扬尘;出入现场的移动机械应保持清洁,不将泥土带入车间现场;
5、涂膏工序要做到极板涂膏平整均匀;包膜工序要注意极群两边的包膜必须完整,杜绝只包一半膜的现象;
6、隔板吸酸饱和度和吸酸高度指标必须合格,狭长型电池的装配松紧度必须设计合理;
7、创造条件用 水没法 检测密封性能;暂时不能使用 水没法 检测的,必须在整个流程中至少设置2个密封性能检测点,并做到逐只检测;保证控制阀性能合格。
笔者认为,目前的 容量保存率 条款之所以能够满足,并不是我们的以上七项做得很好,而是标准有漏洞。大家知道,笔者在解读 电池容量 篇里也讲到过,铅酸蓄电池具有初始循环容量上升的特征。送检 容量保存率 的电池几乎都是初始循环的电池,这个初始循环上升的容量在测试中填补着自放电失去的容量,结果使 容量保存率 指标轻易的得到满足。在接下来的YD/T799—2002标准的修改中,极有可能规定5次循环后的电池做 容量保存率 试验。那么,我们从现在起就应该认真起来做好以上七项,以提高电池的运行寿命,以顺利通过以后的该项检测。
标准的5.13条是 安全阀要求 :
安全阀应具有自动开启和自动关闭的功能,其开阀压应是10kPa~35kPa,闭阀压应是3kPa~15kPa。
安全阀是 阀控式密封铅酸蓄电池 赖以成名的关键部件。根据电池容量大小,壳体形体尺寸和壳体厚度设置的启闭压力,首当其冲保证的是不使密闭的电池因内压升高而爆裂(开启泄压);其次是保证电池浮充运行中有一定的内压,致使正板产生的氧气能横向穿过玻纤隔板达到负极起到负极去极化的作用,从而形成氧的循环,抑制氢的析出(闭阀), 使电池能够做到相对的密封。安全阀开启压力过大可能会造成电池鼓胀变形,影响外观;安全阀开启压力过小,则会造成安全阀频繁开启可能失水,影响电池寿命。至于闭阀压,由于对胶帽供应厂家技术要求的原因和对池壳供应厂家技术要求的原因,一般对应于开阀压,即当开启压力合格时,闭阀压力也会满足要求。
安全阀有多种形式,但究其根底不外乎有胶柱总成式和常见的胶帽式两种,均采用防酸弹性材料如硅胶、乙丙橡胶、氟胶制成或复合橡胶制成,要点是抗老化和长久保持弹性。圆筒形胶帽紧配合槽盖阀口 井沿 ,积聚的内压通过槽盖阀口 井沿 上的豁口使筒形胶帽的帽边张开以泄压,除去胶帽本身弹性以外,决定其开阀压力(和闭阀压力)的要素是:
1、 槽盖阀口 井沿 豁口的长度和宽度;
2、 胶帽上方遮压胶帽的盖板与胶帽顶端的间隙;一般应控制在0.5~1mm,间隙小(帽沿下降),开启压力大;间隙大(帽沿上升)开启压力小;间隙过大,控制阀不起作用。
于是常规下安全阀开启压力是否合格往往由胶帽上方遮压胶帽的盖板与胶帽顶端的间隙所决定,这也是容易被忽略的环节。生产过程中的封压板工序应注意:
1、 保持封板处清洁,有杂物会造成遮压胶帽的盖板与胶帽顶端的间隙过大;
2、 封板的胶量要适中,胶量过多会造成遮压胶帽的盖板与胶帽顶端的间隙过大。
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