CN103000830A - 电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动道路车辆用高比能量、长寿命、速充电、无腐蚀的排气式防爆铅酸蓄电池的设计制造方法，通过对电池槽盖结构的设计改进，实现对2-48V整体蓄电池的每个2V单体电池充放电状态及温度的变化进行适时监控，其单体电池之间的连接采用预注入电池盖的整体金属铅套嵌件，电池槽底部不设置鞍子，排气塞设置防酸隔爆装置，正负极板均设计为涂膏式薄型极板，取代厚型管式正极板，隔板可单独采用超细玻纤隔板或PE隔板、也可将PE隔板和超细玻纤隔板联合并用，电解液采用胶体电解液，这种设计制造方法能确保本发明蓄电池在使用中既不会因明火引爆，又消除了酸雾腐蚀设备和造成环境污染，1小时快速充电可达到额定容量C₃值，在3小时内可完全充好电，同时还具有高比能量和深循环长寿命特征。

Description

电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池

技术领域

本发明涉及电动道路车辆（电动汽车、电动三轮车、叉车、旅游观光车、警务巡逻车等）用高比能量、深循环长寿命、能快速充电的排气式防酸隔爆铅酸蓄电池的设计制造方法，特别是对2-24V的整体蓄电池组的每个2V单体电池的充放电状态及温度的变化能进行适时监控，使用中无酸雾腐蚀，不污染环境，遇外部明火不会引起电池爆炸。

背景技术

铅酸蓄电池是一类安全性高，电性能稳定，制造成本低，应用领域广泛，可低成本再生利用的“资源循环型”能源产品。近十多年来，随着世界能源经济的发展和人民生活水平的日益提高，铅酸蓄电池的应用领域在不断地扩展，市场需求量也大幅度的升长。在二次电源中，铅酸蓄电池已占有85%以上的市场份额，随着人类对太阳能、风能、地热能、潮汐能等自然能源的开发利用和电动道路车辆产业的发展，铅酸蓄电池作为不消耗地球资源的“绿色”产业，将面临着广阔的发展空间。新能源电动道路车辆的快速发展，大大促进了蓄电池的研究开发，新能源电动道路车辆要求蓄电池具有大容量——满足行驶里程多、高功率——满足启动加速快和爬坡能力强、充电时间短——快速补充能量、监测维护方便、绿色环保无污染和深循环长寿命，铅酸蓄电池的性能要完全达到这些要求，目前成了新能源电动车辆研究开发广泛应用的最大难题。

目前所使用的电动道路车辆用排气式铅酸蓄电池，需求量最大的为电动三轮车用蓄电池。到目前为止，我国电动三轮车的保有量早已超过1000万辆，每辆车配4-6只12V100Ah蓄电池，相当于年消耗铅酸蓄电池5000万只左右。其中，除少部分电动三轮车使用阀控式密封铅酸蓄电池外，绝大部分都使用排气式管式铅酸蓄电池，这种电池的结构如图2所示。负极板25使用以铅为主的活性物质铅膏填涂于铅合金板栅上，再经过固化和干燥处理，制成负生极板。管式正极板24的制造方法如图5所示，首先使用铅合金铸造正板栅51，然后将涤纶排管52套在正板栅51上，再采用震动“灌粉法”将铅粉装填到套在正板栅51上的涤纶排管52中，最后用塑料堵头53封堵下端，必须再经过浸酸、固化和干燥处理，才能制成正生极板58。这种正负生极板必须再经过化成后才能制成正极板24和负极板25。正负极板与隔板26（PE隔板、PVC隔板、PP隔板或橡胶隔板）交互重叠在一起形成极群，同一极群的管式正极板耳通过正汇流排27与正极柱31或正偏极柱30相连接，负极板耳通过负汇流排28与负偏极柱29或负极柱相连接，组成一个单体电池极群组，再将6个这种极群组按要求分别插入同一电池槽21的6个单格内，再将相邻两格的正偏极柱和负偏极柱用气焊法或穿壁焊法焊接在一起，就形成一个未封盖的12V半成品电池，然后再将电池盖22用热封法与电池槽21熔接在一起，正极柱穿过图3A和图3B所示的电池盖上的正铅套35的中心孔，负极柱穿过负铅套36的中心孔，使用气体焊接法将负端柱32、负铅套36和负极柱焊接在一起，再将正极柱31、正铅套35和正端柱焊接在一起，通过排气塞孔37加入硫酸电解液，安装好排气塞23，就制成了一只目前大量使用的12V电动三轮车用排气式管式铅酸蓄电池。这种蓄电池在过充电时，正极板上产生氧气，负极板上产生氢气，氢氧气体穿过排气塞中与大气相通的小孔携带着硫酸酸雾直接排入空气中，既污染了环境，又严重腐蚀车辆设备，在使用过程中同时还造成电解液中的水大量损失，就需要适时打开排气塞给蓄电池补加水。

这种排气式铅酸蓄电池所使用的电池盖设计简单，其结构如图3A和3B所示。图3B显示电池盖下部结构，图3A显示电池盖上部表面的结构。这种12V电池盖上只有一个正铅套35的中心孔和一个负铅套36的中心孔，它的6个2V单体电池之间的连接靠左右偏极柱用气体焊接法或穿壁焊熔接在一起。再将上述未封盖的12V半成品蓄电池的电池槽和电池盖送入热封机，使用热熔接法将电池槽盖熔接在一起。各个2V单体电池间的连接极柱完全被封闭在电池内部，不能伸出到电池盖上部表面。只有正端极柱能穿过正铅套35的中心孔、负端极柱能穿过负铅套36的中心孔伸出电池盖上表面。因此，这种排气式铅酸蓄电池的电压和温度只能以一个12V整体蓄电池进行监测和控制。对于6个2V单体电池的充放电状态及温度变化情况实施单独监测和控制完全是不可能的！因此，这种蓄电池要用于电动道路车辆，它的故障发生就难于预测和克服，其可靠性极差，故障率很高。

这种老式结构的12V排气式铅酸蓄电池，在电池盖上的6个排气塞孔37上，可安装6个排气塞23，这种排气塞如图7所示，71是排气塞23的正视图，72是M-M剖面图。这种排气塞由塞体75和中心开有小孔的塞盖76两部分组成，用聚丙烯材料注射加工制造，排气塞的通气孔直接与大气相通，如图7中78线路箭头所示通道。排气塞和电池盖之间靠橡胶密封圈密封，可防止硫酸电解液溢出。在常规充电状态下，电池内部不断产生氢氧气体，这种气体通常都携带硫酸酸雾，它直接由排气塞的小孔排除到大气中，造成环境污染、车辆设备腐蚀。如果排气塞正处于排气状态，外部明火就易于引爆蓄电池，造成设备或人员损伤。

这种排气式蓄电池，一般都是采用管式正极板，以10小时率计算容量，活性物质的利用率很低，大于0.2C₁₀A的电流放电时，其放电性能就极差，要达到GB/T 18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池标准要求就很困难。其活性物质利用率低的一个主要原因是管式正极板的厚度大，它的厚度取决于管子的直径，目前大量使用的涤纶排管，其最小管径也大于6mm。在放电时，正极板内部的小孔被生成的难溶硫酸铅晶体堵塞，在正极板内部要补充放电所需要的硫酸受到了阻碍，正负极板间的放电就难于继续进行。特别是在高率放电时，正极板内部需要快速补充硫酸，这样就很难达到目的。

这种管式正极板蓄电池，其电池槽使用的牵引车用铅酸蓄电池槽结构，在槽底部都设置有10-20mm高的鞍子，以满足使用寿命期间从正负极板脱落的活性物质不会造成正负极板底部连接短路，损坏电池。因此，这种鞍子的设置就减小了蓄电池的有效利用空间，降低了体积比能量值。

这种管式正极板蓄电池，它的制造工艺复杂，特别是正极板的“灌粉”工序，工作场地的铅粉尘和噪音污染特别严重，容易造成工人铅中毒。这种蓄电池的体积比能量和重量比能量都较低，容量小，高率放电性能差，使用过程中有酸雾排除，既腐蚀车辆设备又污染环境。以12V100Ah蓄电池为例，GB/T 18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池标准规定，它的最大外形尺寸为372×172×276mm，其相应3小时率体积比能量约为68VAh/dm³。 

发明内容

本发明提供一种新颖的大容量、高功率、深循环寿命长、能快速充电的排气式防酸隔爆铅酸蓄电池的设计制造方法和用这种方法所制造的2-24V蓄电池组，特别是对2-24V的整体蓄电池组的每个2V单体电池的充放电状态及温度的变化能进行适时监控，无酸雾排除腐蚀车辆设备和环境污染，遇明火也不会引爆电池。本发明主要通过以下设计和制造措施来实现。

本发明电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池，以12V蓄电池为例，但不限于12V蓄电池，其结构如图1所示。这种排气式防酸隔爆铅酸蓄电池主要由电池槽1、电池盖2、防酸隔爆塞3、金属连接铅套4、电压监测螺丝柱14、感温器插孔13，正极板5、负极板6、正隔板7、负隔板8、负极柱9、正极柱10、正汇流排11、负汇流排12和硫酸胶体电解液组成。

本发明蓄电池的电池槽1的底部不设置鞍子，设计为平底，它可以将鞍子的高度变为蓄电池极板的增加高度，有利于提高蓄电池的体积比能量。

本发明蓄电池，其电池盖2设计新颖独特，以12V蓄电池为例，但不限于12V电池，其结构如图4A和4B所示。图4B显示电池盖下部结构，它为一个整体的简易热封型结构，电池槽盖均使用聚丙烯塑料制造，这种结构特别适用热封机的电热板制造，简单易行，使用及维护方便可靠。图4A显示电池盖上部结构，电池盖的上部设置有6个感温器插孔46和5个电压监控螺丝孔45，电池盖上设置有6个加液孔43和12个极柱穿出孔，其中有1个正端柱铅套孔41、1个负端柱铅套孔42和10个单体电池之间的连接极柱铅套中心孔44。相邻两个单体电池极柱之间的连接采用连接金属铅套嵌件4连接。

连接金属铅套嵌件4的结构如图9所示。每个连接金属铅套嵌件4由设置有极柱穿出的铅套孔44的两个铅套92和一个连接金属牌91构成，其连接金属牌的中心备有电压监控螺丝孔45及其螺柱，相邻两个单体蓄电池的正负铅合金套使用连接金属牌91连接，连接金属牌91采用密度比铅小、导电性能比铅优良的金属铜、铝、镍等制造，在其表面镀铅或铅锡合金，经过这种处理的金属牌在铸造时与铅合金的熔接更加牢固可靠，其界面的导电性能更加优越，具有更佳的抗腐蚀性能和耐气候性能。这种整体连接金属铅套嵌件4，在电池盖注射成型前就嵌入模具内，在注射成型时一起被嵌入聚丙烯塑料电池盖内，形成一个电池盖整体。电池槽盖热封熔接以后，各极群的极柱穿过铅套孔伸出电池盖外，然后采用气体焊接法将铅套和极柱熔接在一起，它既完成了相邻两个单体电池的连接，又完成了各个极群与电池盖的密封。

本发明蓄电池的电池盖使用聚丙烯制造，每个单格内设置有感温器插孔13，插孔壁厚小于1 mm，这样既可以确保感温器对电池温度变化的适时准确检测，又可以避免感温器被硫酸电解液的腐蚀。其相邻两个2V单体电池之间设置有一个公用的电压检测连接螺丝孔45，电动道路车辆的主控制线路不但可以通过每个插孔中的感温器监测每个2V单体蓄电池的适时工作温度，还可以通过电压监测控制线路连接螺丝孔45适时监测到每个2V单体蓄电池的工作电压，它可以实现对每个2V单体电池的工作电压和温度进行适时监控和故障报警。

本发明蓄电池所使用的防酸隔爆塞3的设计结构如图8所示，图8中81是防酸隔爆塞3的正视图，82是H-H剖面图。塞体85和盖片86均由聚丙烯塑料注射成型，其中的防酸隔爆装置87由陶瓷或聚四氟乙烯材料制造，88表示携带硫酸酸雾的氢氧气体进入防酸隔爆塞后被防酸隔爆装置87阻断，它可以让电池在过充电时所产生的氢氧气体顺利通过，同时全部阻挡氢氧气体所携带的硫酸，只让氢氧气体排入大气，还能隔断外部明火进入蓄电池内部引发电池爆炸。本发明排气式蓄电池安装这种防酸隔爆塞后，它就既具有阀控式密封铅酸蓄电池无酸雾排除腐蚀设备不污染环境的优越性，又具有密封蓄电池遇明火不爆炸的特征，同时还可以打开防酸隔爆塞及时补充蓄电池的水损失，克服阀控式密封蓄电池不补加水致使电解液干固而造成电池寿命终止的致命缺陷。

本发明蓄电池的正负极板使用CNI02110797A专利技术制造，用以铅为主的活性物质铅膏填涂于图6所示的铅钙多元合金板栅61上，制造成生极板65，经过固化、干燥和化成后制成正极板5和负极板6，正极板5的两表面用以超细玻璃纤维为主的U形AGM隔板7包覆，负极板6的两面可配置AGM隔板、PE隔板、PP隔板、PVC隔板和橡胶隔板中的任意一种，最理想的是配置AGM隔板，其次是PE袋式隔板，然后，将正负极板和隔板交互重叠在一起形成极群，同一极群的正极板耳通过正汇流排11与正极柱10相连接，负极板耳通过负汇流排12与负极柱9相连接，组成一个单体电池极群组。再将6个这种极群组按要求分别插入同一电池槽1的6个单格内，再将相邻两格的正极柱和负极柱的位置调整正确，这就形成一个未封盖的12V半成品电池。再将电池盖2用热封法与电池槽熔接在一起，采用气体焊接法将各个极柱和嵌在电池盖中的铅套焊接在一起，安装好极柱小盖片，通过电池盖上的防酸隔爆塞孔43加入硫酸胶体电解液，装上防酸隔爆塞，就制成了一只本发明12V电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池。这种蓄电池在过充电时，正极板上所产生的部分氧气可穿过AGM隔板被负极板吸收，在使用过程中无硫酸酸雾排除，既不污染环境，又不会腐蚀车辆设备，遇外部明火还不会引起电池爆炸。

 目前，一般生产的12V蓄电池的12个极柱都采用5个左偏极柱、5个右偏极柱和2个端极柱三种极柱，这三种极柱都使用铅合金制造。本发明12V蓄电池所使用的12个极柱统一为两种极柱，使用10个铅合金极柱代替左右偏极柱，采用设置有连接螺丝孔的金属嵌件铅合金极柱作为正负端极柱。这种极柱由铜合金嵌件和铅合金两部分组成，上部为铜合金嵌件，下部为铅合金铸造。铜合金嵌件的下部为正方形，其对角线的长度小于上部直径，中部开有环形沟槽，嵌件上部中心备有连接螺丝孔，铜合金嵌件先镀铅锡合金，再在特制的模具中铸造铅合金，制成带铜嵌件的铅极柱。这种设计结构和制造工艺可以确保金属嵌件和铅合金的连接牢固可靠，在旋转螺丝的强大力矩作用下既不会发生左右旋转，也决不会产生上下位移。三种极柱合并为两种极柱，减少了制造模具，简化了生产管理。本发明蓄电池的极柱可采用重力铸造法制造，保证表面光滑平整。

本发明蓄电池的极柱和电池盖的密封连接采用气体焊接法直接将铅合金极柱和预先注射在电池盖中的铅套熔接在一起密封。这种方法密封性能优良，工艺简单，加工方便快速。

为了提高蓄电池的比能量和比功率，改善蓄电池大电流放电性能，本发明电动道路车辆用蓄电池采用放射板栅的薄极板设计，正负板栅都采用放射板栅设计，其结构如图6中61所示。对于不同电动道路车辆对蓄电池的电气性能的具体要求，正板栅的厚度设计为1.5-2.5mm，负板栅的厚度为1.0-1.5mm。正板栅采用本发明人研制的低钙多元铅合金制造，其钙含量为0.03-0.06%。负板栅采用本发明人研制的铅钙锡铝四元合金（详见“低锑多元合金和铅—钙—锡—铝四元合金的研制”《电源技术》第1991年5期P35-41）制造，其钙含量为0.08-0.10%。采用薄极板，使用极板的数量增加，导电面积加大，极板间距离减小，电池内阻可变小，这样可以改良电池的大电流放电性能。极板减薄以后，活性物质利用率可大大提高，容量也自然会增大。

本发明电动道路车辆用排气式铅酸蓄电池正极板采用前述低钙多元铅合金正板栅填涂正铅膏，这种正铅膏采用含75-85%氧化铅的铅粉、密度为1.32的稀硫酸、石墨、平均粒径为3-15nm二氧化硅细粉末0.1-2%、木素0.05-0.5%、涤纶短纤维和离子交换水混合而成。混合好以后的铅膏视密度控制在4.1-4.3，铅膏的针入度控制在机器涂板的最佳区间。填涂铅膏以后，经过表面干燥炉快速干燥，使其表面水份蒸发，然后收集于特制的凉片架上，送入固化室固化48小时，在80℃以上的温度干燥12小时以上，就获得成品正生极板。这样制得的正生极板由于在铅膏中添加了木素，即使在高温条件下干燥，正生极板的活性物质中也很难生成四碱式硫酸铅，它可以提高干燥效率和化成效率。因为，不添加木素的正极活性物质在固化后的干燥过程中容易产生四碱式硫酸铅，特别是在高温条件下干燥，四碱式硫酸铅更容易生成。在正极板活性物质中的四碱式硫酸铅在化成过程中很难转化为二氧化铅，它增加了化成的难度。而且，随着正极活性物质中四碱式硫酸铅含量的增加，其固化后的干燥过程中要将这种四碱式硫酸铅中的结晶水去掉就比较困难，必须延长干燥时间和提高固化后的干燥温度。

前述正生极板和用常规方法制造的负生极板，通过化成以后所形成的正极活性物质中由于添加了不同粒径的二氧化硅粉末，在正极活性物质内部二氧化硅附近生成大量的小孔，这些小孔中可以储存硫酸电解液，在充电时所产生的硫酸可以通过这些小孔排出到活性物质外部，放电时活性物质内部所需要的硫酸又可以获得及时补充，它不但可以满足电动道路车辆用排气式铅蓄电池高率放电和大电流快速充电的要求，而且还能极大地提高活性物质的利用率，增加蓄电池的放电容量，扩大蓄电池的比能量。同时，二氧化硅粉末在蓄电池使用过程中，它不会发生电化学反应，能稳定地保持在正极活性物质内部，使正极活性物质内部承载电化学反应的骨架结构稳定，正极活性物质的过早软化就可以得到遏制，蓄电池的使用寿命就可以大大延长。

本发明蓄电池的电解液采用硫酸胶体电解液，它的组成如下：硫酸含量为36-45%，粒径7nm的气相二氧化硅含量为0.4-1.2%，粒径12nm的气相二氧化硅含量为2.8-4.0%，聚丙烯酰氨含量为0.4-0.7%，磷酸含量为1.0-1.2%，聚乙烯醇含量为0.1-0.2%，硫酸亚锡含量为0.1-0.2%，硫酸锂含量为0.1-0.2 %，其余为离子交换水含量47-59%。这种胶体电解液以气相二氧化硅为胶体主成分，加入数种掺杂剂，采用控温反应釜，将气相二氧化硅颗粒部分润湿后用机械的力量可使剩余的聚团粉碎破解。浸湿过程中的搅拌能增加聚团的碎解程度，从而也就加快了整个的分散过程，加速了气相二氧化硅微粒表面的化学反应。这种反应设备也可以用控温搅拌桶或用自制高速搅拌机，其功率一般要在2000～3000瓦，转速应在3500～6000转／每分钟范围，强力搅拌30-50分钟，使团聚的气相二氧化硅颗粒碎解悬浮，使聚丙烯酰氨和聚乙二醇分散均匀。然后再加入含规定浓度的磷酸、硫酸亚锡、硫酸锂的稀硫酸溶液搅拌均匀，就配制好硫酸胶体电解液。这种胶体电解液与普通的AGM超细玻璃纤维隔板联合使用，就能得到高性能的电流输出、深循环寿命性能优良、高的比功率、高的充电效率、耐过充、充电重复性好、充电稳定性好。作为动力用的本发明蓄电池，完全能满足寿命期间少维护、长寿命、工作温度宽、瓦时价格低、体积比能量优异、重量比能量高、自放电率低的要求。

本发明电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池，以12V100Ah电池为例，其最大外形尺寸为：长336mm，宽172mm，高222mm，质量为36Kg。按照GB/T 18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池标准要求，第1次3小时率容量应不低于额定容量的90%，本发明蓄电池的3小时率首次容量可大于额定容量的110%，即大于110Ah，其使用中的实际容量可以超过额定容量的130%，即超过130Ah，其最大容量可达140Ah以上。按国家标准要求，大电流放电时间不少于40min.，本发明蓄电池的大电流放电时间大于50min.。按国家标准要求，快速充电能力试验的放电容量应不小于额定容量的70%，本发明蓄电池的快速充电能力试验的放电容量大于额定容量的100%，在2-3小时内可完全充好电。按照国家标准要求，蓄电池完全充电后，在温度25℃±2℃环境中，以0.75I₃(A)的电流放电3h，然后以恒压14.40V±0.1V[限流0.9I₃(A)]充电9小时为一次循环，每50次循环检查一次3小时率容量，当容量降至额定容量80%以下认定为寿命终止，其循环寿命次数应不少于400次，本发明蓄电池的循环寿命可大于600次。本发明蓄电池的3小时率质量比能量大于43VAh/Kg，其3小时率体积比能量大于121VAh/dm³，这个数值是GB/T 18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池标准要求合格值的1.7倍以上。

图形说明    

图1，本发明电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池结构图。

图2，目前使用的电动道路车辆用排气式铅酸蓄电池结构图。

图3A，目前使用的电动道路车辆用排气式铅酸蓄电池盖上部结构图。

图3B，目前使用的电动道路车辆用排气式铅酸蓄电池盖下部结构图。

图4A，本发明电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池盖上部结构图。

图4B，本发明电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池盖下部结构图。

图5，目前使用的电动道路车辆用排气式蓄电池正板栅和正极板结构图。

图6，本发明蓄电池用正板栅和正极板结构图。

图7，现用排气塞的结构图。

图8，本发明蓄电池用防酸隔爆塞的结构图。

图9，本发明蓄电池用连接金属铅套嵌件结构图。

图10，本发明2V单体蓄电池结构图。

图11，本发明另一类整体蓄电池组结构图。

具体实施方式

以下是本发明电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池具体实施例的详细说明。

实施例1

本发明实施例1以12V100Ah蓄电池为例，其结构如图1所示，电池最大设计外形尺寸为长336mm，宽172mm，高223mm。这种排气式防酸隔爆铅酸蓄电池主要由电池槽1、电池盖2、防酸隔爆塞3、金属连接铅套4、电压监测螺丝柱14、感温器插孔13，正极板5、负极板6、正隔板7、负隔板8、负极柱9、正极柱10、正汇流排11、负汇流排12和硫酸胶体电解液组成。 

电池槽的设计高度为209mm，分为6个单格，电池槽单格之间的壁厚1.2mm，电池槽的四周外壁及底部的厚度均为3mm，电池槽底部设计为平底，脱模斜度小于0.3%。

电池盖的设计结构如图4A和图4B所示，电池盖高18mm，电池盖下部与电池槽对应分为6个单格，单格之间的壁厚度为5mm，其四周的外壁厚度为3mm，电池盖顶部壁厚2mm。电池盖下部结构为一个整体的简易热封型结构，电池槽盖均使用聚丙烯塑料制造，槽盖的连接采用热熔融法熔接。

电池盖的上表面设置有6个直径为5mm的感温器插孔46，孔深14mm，孔底部及壁厚都小于1mm，可确保所插入的感温器准确监测每个2V单体蓄电池运行温度的变化，进行适时温度监测和预报及报警。

电池盖的上表面设置有5个M6电压监控螺丝孔45及其直径为12mm的螺丝柱14，车辆的主控电压监测器和主控电压均衡器线路直接连接在监控螺丝孔45和正负端柱上，承担对每个2V单体电池的充放电电压监测控制和过电压、欠电压及故障报警，同时对每个2V单体电池间的运行电压差进行均衡调节。

电池盖上设置有6个直径为20mm的加液孔43，其孔壁上设置有安装防酸隔爆塞的卡扣，电解液从加液孔中加入电池内，防酸隔爆塞与电池盖的密封使用橡胶密封圈，在电池使用过程中，可随时打开防酸隔爆塞补充损失的水。

电池盖上还设置有12个极柱穿出孔，其中有1个正端柱铅套孔41、1个负端柱铅套孔42和10个单体电池之间的连接极柱铅套孔44。相邻两个单体电池极柱之间的连接采用如图9所示的连接金属铅套嵌件4连接，这种连接金属铅套嵌件和正负铅套嵌件在电池盖注射加工之前就放入特制的电池盖模具中，注射形成整体电池盖。

电池槽盖的热封面最大熔融高度各为2mm。电池槽盖必须严格按以上设计制造。

本实施例12V蓄电池所使用的12个极柱统一为两种极柱，相邻两个单体电池间的连接使用10个铅合金极柱，采用设置有连接螺丝孔的金属嵌件铅合金极柱作为正负端极柱，这种正负端极柱由铜合金嵌件和铅合金两部分组成，上部为直径10mm的铜合金嵌件，下部为铅合金铸造。铜合金嵌件的下部为正方形，其对角线的长度小于上部直径，中部开有环形沟槽，嵌件上部中心备有M6连接螺丝孔，铜合金嵌件先镀铅锡合金，再在特制的模具中铸造铅合金，制成带铜嵌件的铅极柱。采用气体焊接法将12个极柱与其相应的铅套焊接在一起，实现极柱和电池盖的密封。

本发明蓄电池实施例1所使用的正负板栅，同样以12V100Ah为实例，板栅高184mm，宽150mm，正板栅厚1.5mm，负板栅厚1.1mm。正负板栅均采用放射型板栅设计，如图6中61所示。正板栅采用本发明人研制的低钙多元铅合金制造，其钙含量为0.05%。负板栅采用含钙0.1%、含锡0.3%、含铝0.025%的钙锡铝四元铅合金制造。

本发明蓄电池实施例1所用的正极铅膏由铅粉、硫酸、二氧化硅粉、木素、涤纶短纤维和离子交换水制成。铅粉的氧化度为75-85%，硫酸的用量为每千克铅粉50克，平均粒径为7nm的二氧化硅粉末0.3%，木素0.15%，涤纶短纤维0.1%，离子交换水14%。制造铅膏时，先将称量的铅粉放入合膏机中，快速加入6%的离子交换水，开机混合5min，然后将含有规定量二氧化硅粉末、木素和涤纶短纤维的混合乳浊液加入合膏机中再混合5min，最后慢慢加入规定量密度为1.32的硫酸溶液，混合均匀后，再用少量水将铅膏针入度调整到机器涂板的最佳范围并达到铅膏视密度4.2，即可进行填涂铅膏。每张正板栅填涂正铅膏178克。负铅膏由铅粉、硫酸、硫酸钡、木素、腐殖酸、乙炔黑和离子交换水制成，其视密度为4.3，每张负板栅填涂负铅膏138克。然后，将填涂好铅膏的正负极板送入固化室固化48小时后，在90℃以上温度条件下干燥，再经过化成制成正负极板。

将这种正极板两面包上超细玻璃纤维隔板，负极板两面也包上超细玻璃纤维隔板，包好的正负极板相互交织重叠在一起，边负极板朝正极板一面包超细玻璃纤维隔板，另一面不包隔板，使其中心对齐，极板两边到隔板两边的距离相等，正负极板耳各自排列整齐，组成单体电池极群。然后，将这种极群装入组合焊接机中，配上相应的极柱后，使用铅锡合金焊条，用气焊法通过形成汇流排将正负极耳分别与正负极柱相连接，制成单体电池极群组。

将上述单体电池极群组6个按极性要求依次放入电池槽1的6个单格中，在热封机上将电池盖2封装在电池槽1上。然后，将伸出电池盖2的12个极柱头和预嵌在电池盖的12个铅套焊接在一起，扣上正负极性标志环，装好其余极柱的保护片，通过电池盖上的加液孔43加入规定浓度的硫酸胶体电解液，安装好防酸隔爆塞，这样就制造成了本发明实施例1电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池。

本发明实施例1蓄电池，按照GB/T 18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池标准的规定方法检测，其3小时率首次容量可达120Ah以上，远远超过不低于额定容量90%的标准规定值，可达到额定容量的120%。本发明实施例1蓄电池在使用中的实际容量可以超过额定容量的140%，即超过140Ah。按国家标准要求，大电流放电时间不少于40min.，本发明蓄电池的大电流放电时间可大于50min.。按国家标准要求，快速充电能力试验的放电容量应不小于额定容量的70%，本发明蓄电池的快速充电能力试验的放电容量可大于额定容量的100%，本发明实施例1的蓄电池在2-3小时内可完全充好电。

雷天3V100Ah锂电池的尺寸为62*179*214mm，体积比能量126.3Wh/dm³。实施例1蓄电池3小时率容量可达到140Ah以上，根据此数值计算，其相应体积比能量可达到130Wh/dm³以上。这种电动道路车辆用排气式防酸隔爆蓄电池的体积比能量完全与电动道路车辆用锂电池的体积比能量基本相同，即在电动道路车辆上的相同电池空间内本发明铅酸蓄电池能够提供与锂电池相等的能量。

实施例2

本发明实施例2以2V150Ah蓄电池为例，其结构如图10所示，电池最大设计外形尺寸为长62mm，宽172mm，高274mm。这种排气式防酸隔爆铅酸蓄电池主要由电池槽101、电池盖102、防酸隔爆塞103、感温器插孔104，正极板105、负极板106、正隔板107、负隔板108、正极柱109、负极柱110、正汇流排111、负汇流排112和硫酸胶体电解液组成。

电池槽的设计高度为260mm，宽度为172mm，长度为62mm，电池槽的四周外壁及底部的厚度均为3mm，电池槽底部设计为平底，脱模斜度小于0.3%。

电池盖的设计高度为20mm，其长宽尺寸和电池槽相同，电池盖下部设计为热封型结构，其四周的外壁厚度为3mm，电池盖顶部壁厚2mm。电池槽盖均使用聚丙烯塑料制造，槽盖的连接采用热熔融法熔接。

电池盖的上表面设置有1个直径为5mm的感温器插孔104，孔深14mm，孔底部及壁厚都小于1mm，可确保所插入的感温器准确监测每个2V单体蓄电池运行温度的变化，进行适时温度监测、预报和报警。

电池盖上设置有1个直径为20mm的加液孔，其孔壁上设置有安装防酸隔爆塞103的卡扣，电解液从加液孔中加入电池内，防酸隔爆塞与电池盖的密封使用橡胶密封圈，在电池使用过程中，可随时打开防酸隔爆塞补充损失的水。

电池盖上还设置有1个正端柱109的铅套穿出孔和1个负端柱110的铅套穿出孔，正负铅套由铅合金制造，这种正负铅套嵌件在电池盖注射加工之前就放入特制的电池盖模具中，注射形成整体电池盖。

电池槽盖的热封面最大熔融高度各为2mm。电池槽盖必须严格按以上设计制造。

采用和实施例1相同的的结构及制造方法制成的极柱作为正负端极柱。

实施例2所使用的正负板栅，以2V150Ah为实例，但不限于2V150Ah。板栅高228mm，宽150mm，正板栅厚1.6mm，负板栅厚1.1mm。正负板栅均采用放射型板栅设计，使用实施例1相同的合金制造。

实施例2采用和实施例1相同正负铅膏及制造方法制造正负极板。

将这种正极板两面包上超细玻璃纤维隔板，负极板两面也包上超细玻璃纤维隔板，包好的正负极板相互交织重叠在一起，边负极板朝正极板一面包超细玻璃纤维隔板，另一面不包隔板，使其中心对齐，极板两边到隔板两边的距离相等，正负极板耳各自排列整齐，组成单体电池极群。然后，将这种极群装入组合焊接机中，配上正负端极柱后，使用铅锡合金焊条，用气焊法通过形成汇流排将正负极耳分别与正负端极柱相连接，制成单体电池极群组。

将上述单体电池极群组插入电池槽101中，在热封机上将电池盖102封装在电池槽101上。然后，将伸出电池盖的正负端极柱头和预嵌在电池盖的铅套焊接在一起，扣上正负极性标志环，通过电池盖上的加液孔加入规定浓度的硫酸胶体电解液，安装好防酸隔爆塞103，这样就制造成了实施例2电动道路车辆用排气式防酸隔爆铅酸蓄电池。

这种2V单体蓄电池由于安装了防酸隔爆塞，无酸雾排除，既不会腐蚀车辆设备，又不会污染环境，遇外部明火也不会造成电池爆炸，它不但适用于低端电动道路车辆（电动三轮车、电动叉车等）的运用，也同样适用于高端电动道路车辆（纯电动轿车、电动公交车、旅游观光车、警务巡逻车等）的运用。

这种2V单体蓄电池在电动道路车辆上的应用可以串联成任何偶数电压组成蓄电池组运用，对于相同功率的电动机，可以使用大电流低电压的大容量蓄电池，也可以选择小电流高电压的小容量蓄电池，组合运用极其方便，对每个单体电池的运行电压及温度都可以非常方便地进行适时检测和控制。

实施例2的2V蓄电池与实施例1的12V蓄电池，在设计和制造质量相同的情况下，其使用中的三包赔偿可以减少80%以上，它没有“株连九族”的效应。

本发明实施例2蓄电池，按照GB/T 18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池标准的规定方法检测，其3小时率首次容量可达160Ah，超过不低于额定容量90%的标准规定值，可达到额定容量的106%。本发明实施例2蓄电池在使用中的实际容量可以超过额定容量的116%，即超过175Ah。按国家标准要求，快速充电能力试验的放电容量应不小于额定容量的70%，本发明蓄电池的快速充电能力试验的放电容量可大于额定容量的100%，本发明实施例2的蓄电池在2-3小时内可完全充好电。

雷天3V100Ah锂电池的尺寸为62*179*214mm，体积比能量126.3Wh/dm³。实施例2蓄电池3小时率容量可达到175Ah以上，根据此数值计算，其相应体积比能量可达到120Wh/dm³以上。这种电动道路车辆用排气式防酸隔爆蓄电池的体积比能量完全与电动道路车辆用锂电池的体积比能量基本相近，即在电动道路车辆上的相同电池空间内本发明铅酸蓄电池能够提供与锂电池相等的能量，其价格仅仅为锂电池的五分之一。

实施例3 

本发明实施例3以12V100Ah蓄电池为实例的另一类蓄电池，但不限于12V蓄电池，其结构如图11所示，电池最大设计外形尺寸为长336mm，宽172mm，高238mm。这种排气式防酸隔爆铅酸蓄电池主要由电池槽121、电池盖122、防酸隔爆塞123、正极板125、负极板126、正隔板127、负隔板128、负极柱129、正极柱130、正汇流排132、负汇流排131、右偏极柱133、左偏极柱134和硫酸胶体电解液组成。 

电池槽的设计高度为224mm，分为6个单格，电池槽单格之间的壁厚1.2mm，电池槽的四周外壁及底部的厚度均为3mm，电池槽底部设计为平底，脱模斜度小于0.3%。

由于部分电动道路车辆不要求适时监测每个2V单体电池的运行电压和温度，这种电池盖的设计结构就比较简单，电池盖高20mm，电池盖下部与电池槽对应分为6个单格，单格之间的壁厚度为5mm，其四周的外壁厚度为3mm，电池盖顶部壁厚2mm。电池盖下部结构为一个整体的简易热封型结构，电池槽盖均使用聚丙烯塑料制造，槽盖的连接采用热熔融法熔接。

电池盖上只设置有6个直径为20mm的加液孔，其孔壁上设置有安装防酸隔爆塞的卡扣，电解液从加液孔中加入电池内，防酸隔爆塞123与电池盖的密封使用橡胶密封圈，在电池使用过程中，可随时打开防酸隔爆塞补充损失的水。

电池盖上还设置有2个极柱穿出孔，其中有1个正端柱铅套孔和1个负端柱铅套孔，这种正负铅套嵌件在电池盖注射加工之前就放入特制的电池盖模具中，注射形成整体电池盖。

电池槽盖的热封面最大熔融高度也各为2mm。电池槽盖必须严格按以上设计制造。

实施例3的12V蓄电池所使用的12个极柱为三种极柱，相邻两个单体电池间的连接使用5个左偏极柱和5个右偏极柱，左右偏极柱使用气焊或穿壁焊连接在一起，采用和实施例1中结构相同的正负端极柱，使用气体焊接法将2个正负端极柱与其相应的铅套焊接在一起，实现极柱和电池盖的密封。

实施例3所使用的防酸隔爆塞、正负板栅、正极铅膏、正负极板、隔板和硫酸胶体电解液都和实施例1完全相同，极群的装配制造方法也完全一致。 

本发明实施例3蓄电池，按照GB/T 18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池标准的规定方法进行检测，各项性能和实施例1蓄电池完全相同，只有体积比能量略低7%左右。本发明实施例3蓄电池在2-3小时内可完全充好电，使用中无酸雾析出，不腐蚀车辆设备，又不污染环境，同样具有明火不引爆蓄电池的特性，还可以降低制造成本，提高蓄电池的性价比，特别适用于不要求适时监测每个2V单体电池的运行电压和温度的电动道路车辆用电源系统。

实施例4

本发明蓄电池的电解液可采用密度为1.32的硫酸电解液，也可以使用硫酸胶体电解液，其胶体电解液的组成如下：

硫酸（%）　　　　　　　　　　　　36-45；

粒径7nm的气相二氧化硅（%）　　0.4-1.2；

粒径12nm的气相二氧化硅（%）　　2.8-4.0；

聚丙烯酰氨（%）　　　　　　　　　0.4-0.7；

磷酸（%）　　　　　　　　　　　　1.0-1.2；

聚乙烯醇（%）　　　　　　　　　　0.1-0.2；

硫酸亚锡（%）　　　　　　　　　　0.1-0.2；

硫酸锂（%）　　　　　　　　　　　0.1-0.2 ；

离子交换水（%）　　　　　　　　　47-59。

具体配方1，其组成如下：

硫酸（%）　　　　　　　　　　　　40；

粒径7nm的气相二氧化硅（%）　　　0.4；

粒径12nm的气相二氧化硅（%）　　3.0；

聚丙烯酰氨（%）　　　　　　　　　0.5；

磷酸（%）　　　　　　　　　　　　1.0；

聚乙烯醇（%）　　　　　　　　　　0.1；

硫酸亚锡（%）　　　　　　　　　　0.15；

硫酸锂（%）　　　　　　　　　　　0.1；

离子交换水（%）　　　　　　　　　54.75。

具体配方2，其组成如下：

硫酸（%）　　　　　　　　　　　　43；

粒径7nm的气相二氧化硅（%）　　　0.9；

粒径12nm的气相二氧化硅（%）　　3.6；

聚丙烯酰氨（%）　　　　　　　　　0.6；

磷酸（%）　　　　　　　　　　　　1.0；

聚乙烯醇（%）　　　　　　　　　　0.1；

硫酸亚锡（%）　　　　　　　　　　0.2；

硫酸锂（%）　　　　　　　　　　　0.1

离子交换水（%）　　　　　　　　　50.5。

这种胶体电解液以气相二氧化硅为胶体主成分，加入数种掺杂剂，采用控温反应釜，将气相二氧化硅颗粒部分润湿后用机械的力量使剩余的聚团粉碎破解。浸湿过程中的搅拌能增加聚团的碎解程度，从而也就加快了整个的分散过程，加速了气相二氧化硅微粒表面的化学反应。控温反应釜电机功率为3000瓦，转速应在4000～6000转／每分钟范围，强力搅拌40分钟，使团聚的气相二氧化硅颗粒碎解悬浮，使聚丙烯酰氨和聚乙烯醇分散均匀。然后再加入含磷酸、硫酸亚锡、硫酸锂规定浓度的稀硫酸溶液搅拌均匀，就配制好硫酸胶体电解液。这种胶体电解液与普通的AGM超细玻璃纤维隔板联合使用，就能得到高性能的电流输出、深循环寿命性能优良、高的比功率、高的充电效率、耐过充、充电重复性好、充电稳定性好。作为动力用的本发明蓄电池，完全能满足寿命期间少维护、长寿命、工作温度宽、瓦时价格低、体积比能量优异、重量比能量高、自放电率低、能快速充好电的各项性能要求。

Claims (10)

1.本发明为一种高比能量、长寿命、速充电、无腐蚀污染的电动道路车辆用排气式防爆铅酸蓄电池，它由电池槽、电池盖、防酸隔爆塞、涂膏式正极板、负极板、隔板、汇流排、正端极柱、负端极柱、连接金属铅套嵌件、感温器插孔、极柱盖片和硫酸胶体电解液组成为1-12只2V单体蓄电池构成的一个2-24V电压整体蓄电池组。

2.权利要求项1中的电池槽的每个单格的底部，设计为平底，无鞍子，可增加极板的制造高度，提高成品蓄电池的体积比能量。

3.权利要求项1中的电池盖，采用聚丙烯制造，在其盖上的每个单格内开有两个正负极柱孔，在每个极柱孔中嵌有一个铅合金套，在电池槽盖进行热熔接时，各极群的正负极柱可穿过铅合金套的孔伸出电池盖，相邻两个单体蓄电池的正负铅合金套使用连接金属牌连接，在连接金属牌中央备有电压监测控制线路连接螺丝孔，它们组成为一个整体金属铅套嵌件，在电池盖注射成型前就嵌入模具内，在注射成型时一起被嵌入聚丙烯塑料电池盖内，形成一个电池盖整体。

4.权利要求项1中的防酸隔爆塞的塞体由聚丙烯塑料注射成型，其中的防酸隔爆装置由陶瓷或聚四氟乙烯材料制造，它可以让电池内部的氢氧气体顺利通过排放到大气中，同时全部阻挡氢氧气体所携带的硫酸排入大气，还能隔断外部明火进入蓄电池内部引发电池爆炸。

5.权利要求项3中的整体金属铅套嵌件中的连接金属牌及其中央所设置的连接螺丝孔柱都使用比金属铅的密度小、导电性能更好的金属铜、铝、镍等制造，在其表面镀覆铅合金，在特制的模具内与铅合金浇铸成一个整体金属铅套嵌件。

6.权利要求项1中的电池盖上的每个单格内设置有感温器插孔，其相邻两个2V单体电池之间设置有一个公用的电压检测连接螺丝孔，电动道路车辆的主控制线路不但可以通过每个插孔中的感温器监测每个2V单体蓄电池的适时工作温度，还可以通过电压监测控制线路连接螺丝孔适时监测到每个2V单体蓄电池的工作电压，它可以实现对每个2V单体电池的工作电压和温度进行适时监控和故障报警。

7.权利要求项1中的每个2V单体蓄电池由涂膏式正极板、负极板、超细玻璃纤维隔板、PE隔板和硫酸胶体电解液组成，正负极板和板栅均采用CN102110797A专利技术制造。

8.实施例2中的2V电动道路车辆用排气式防爆铅酸蓄电池。

9.实施例3中的12V电动道路车辆用排气式防爆铅酸蓄电池。

10.  权利要求项7中的硫酸胶体电解液的组成如下：

硫酸含量（%）　　　　　　　　　  　36-45；

粒径7nm的气相二氧化硅（%）　　  　0.4-1.2；

粒径12nm的气相二氧化硅（%）　　　2.8-4.0；

聚丙烯酰氨（%）　　　　　　　　　　0.4-0.7；

磷酸（%）　　　　　　　　　　　　　1.0-1.2；

聚乙烯醇含量（%）　　　　　　　　　0.1-0.2；

硫酸亚锡含量（%）　　　　　　   　  0.1-0.2；

硫酸锂含量（%）　　　　　　　　　　0.1-0.2；

离子交换水（%）　　　　　　　　　　47-59。

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