CN105699187A - 一种agm隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法 - Google Patents

一种agm隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法，包括：(1)取若干张隔板样品，叠放整齐，置于测试装置中；(2)设定峰值压力为N1，压缩隔板样品至总厚度为d1，40kPa×样品面积≤N1≤120kPa×样品面积；(3)撤去压力，使隔板样品完全回复；(4)将隔板样品置于硫酸溶液或纯水中，使隔板样品饱和吸收硫酸溶液或纯水，控干后置于测试装置中；(5)再次压缩隔板样品至总厚度为d1，然后撤去压力，使其完全回复；(6)重复步骤(5)若干次，测量最后一次压缩隔板样品至总厚度为d1时的压力，记为N2，以N1与N2的差值表征隔板湿态压缩回复循环耐久性。

Description

一种AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法
技术领域
本发明涉及蓄电池隔板检测技术领域，具体涉及一种AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法。
背景技术
蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，通过可逆的化学反应实现再充电，是可再充电的电池。铅酸蓄电池因其价格低廉、原材料易获取、使用上安全可靠，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点，在化学电源中一直占有绝对优势。随着铅酸蓄电池的发展，对电池性能方面提出更高的要求，尤其是在高功率、长寿命的性能要求上。随着技术的不断进步，发现电池装配压力是确保长寿命的关键因素，而用于包覆极板的隔板的性能是控制电池装配压力的决定因素。
玻璃纤维(AGM)隔板是国内铅酸蓄电池应用最广的一种隔板。AGM隔板主要材料是玻璃纤维，由中碱性或高碱玻璃加工而成，其主要成分是二氧化硅，约占总成分的65～73％，余量为金属元素的氧化物。通过选择不同粗细度、不同长度的玻璃纤维材料的混合比例制造出不同性能的隔板。
隔板是有弹性的，受压大小不同，厚度就不同，按照JB/T7630.1《铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板标准》和GB/T28535-2012《铅酸蓄电池隔板》中隔板的厚度是指隔板在10KPa压力下测得的厚度，这一厚度为标称厚度，常压下，隔板厚度大于标称厚度。隔板受压会减少厚度，释放压力又可恢复或部分恢复原来厚度。不同国家对隔板测量有不同的压力规定，我国采用10kPa的压力。
在电池中，因为有隔板压力存在，极板受隔板压力影响，电池的寿命会增加，原因如下：1、压力可有效防止正极板活性物质的脱落；2、隔板压力的存在可以降低电解液的分层；3、隔板的压力可以使电解液始终供给极板，避免极板在充放电时酸的供给不足。因此，隔板的压缩性能对电池性能影响很大。
在跟踪电池循环寿命时发现电池寿命短的电池单格往往装配压过低，也就是AGM隔板压缩能力过差。分析原因，蓄电池在使用过程中，AGM隔板有“呼吸”现象，蓄电池在放电时对AGM隔板进行释放相当于“吸气”，而在充电时对AGM隔板进行压缩相当于“出气”，电池在循环使用就需要AGM反复“呼吸”，AGM隔板在反复“呼吸”过程中，隔板压力逐渐下降，以至于电池使用后期，内阻增大、容量减少、衰减加快，造成电池寿命短。这就要求对AGM隔板的“呼吸”能力进行检测，也就是AGM隔板的压缩耐久进行测试。
在日常检测中，只有在蓄电池生产工序对AGM隔板进行湿态压缩的抽测，没有对压缩耐久性能进行检测。查阅文献和资料目前只是有人对AGM隔板压缩耐久性能提出关注，但是没有相关的测试方法和专门用来检测的设备。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法，模拟AGM隔板在蓄电池充放电过程中压缩回复运动，检测AGM隔板的循环耐久性表征隔板性能，为生产中选择合适的AGM隔板提供依据。
一种AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法，包括以下步骤：
(1)取若干张隔板样品，整齐叠放，置于测试装置中；
(2)设定峰值压力为N1，压缩隔板样品至总厚度为d1，40kPa×样品面积≤N1≤120kPa×样品面积；
(3)撤去压力，使隔板样品完全回复；
(4)将隔板样品置于硫酸溶液或纯水中，使隔板样品饱和吸收硫酸溶液或纯水，控干后置于测试装置中；
(5)再次压缩隔板样品至总厚度为d1，然后撤去压力，使其完全回复；
(6)重复步骤(5)若干次，测量最后一次压缩隔板样品至总厚度为d1时的压力，记为N2，以N1与N2的差值表征隔板湿态压缩回复循环耐久性。
在生产研究中发现极板组压迫力下降(主要原因为隔板厚度的降低)是密封式铅蓄电池寿命劣化的主要原因，为蓄电池选择合适的AGM隔板，是提高蓄电池品质的有效手段。因此，本发明提供了一种检测方法，模拟AGM隔板在蓄电池充放电过程中作反复压缩回复，循环若干次之后，计算压力差值来表征隔板的循环耐久性。初始压力与循环之后压力的差值越小说明AGM隔板的性能越好。
本发明方法模拟蓄电池组装时隔板的装配压力，步骤(2)中对隔板样品施加N1的固定压力。测量的隔板样品总厚度d1表示在初始装配压力为N1时AGM隔板的厚度。
蓄电池在组装生产中，选择合适的装配压力至关重要。不同的蓄电池会选择不同的装配压力，一般生产中，6-DZM-12Ah电池选用装配压力在90～110kPa，6-DZM-20Ah电池选用40～60kPa。使用本发明的检测方法，可分别从40kPa、60kPa、80kPa、100kPa、120kPa进行模拟试验来确定隔板材料性能。
步骤(4)中模拟蓄电池中AGM隔板饱和吸附电解液，由于隔板本身性能因素影响，随着压缩回复的反复进行，受压会逐渐减小，N2表示循环了若干次之后的装配压力。研究数据表明，隔板样品在压缩到某一厚度后，压强会随时间变化逐渐降低至稳定，因此，N2可以为隔板受压时的峰值压力，也可以为压强达到稳定时的稳定压力。
本发明通过对多张重叠的隔板样品进行测量，一方面方便操作，另一方面减少测量误差，提高准确性。作为优选，步骤(1)中，隔板样品的张数为10～30张。
模拟蓄电池在充放电过程中，AGM隔板在压缩和回复时厚度的增减是以相对固定的速率变化。作为优选，步骤(2)中，压缩速率为1～6mm/min。
研究数据表明，隔板样品在压缩到设定压力N1后，压强会随时间变化逐渐降低至稳定，撤销压力后，隔板在弹性下逐步恢复，因此，对隔板样品施加压力后或撤销压力之后需静置一段时间，使隔板样品趋于相对稳定。作为优选，步骤(2)中，对隔板样品施加N1的压力之后，静置5～7min。步骤(3)中，撤去压力后，静置1～3min。
同理，在此后的循环动作中，每进行完一个压缩或回复动作，都静置一段时间，再进行下一个动作。作为优选，步骤(5)中，压缩隔板样品至总厚度为d1时，静置1～3min；撤去压力后，静置1～3min。
作为优选，步骤(4)中，所述控干为无液体下滴。保证无液体滴下，是为了保证试验的安全性，避免液体溅到测试仪器或者人。
一般蓄电池的100％DOD循环次数在100～400次，作为优选，步骤(6)中，重复次数为100～400次。
本发明具备的有益效果：(1)本发明模拟AGM隔板在蓄电池充放电过程中的压缩回复动作，计算循环前后的受力差来表征AGM隔板的循环耐久性，为隔板性能检测提供一种新的检测方法；(2)本发明的检测结果能够准确反映AGM隔板的性能，且检测方法操作简单，无需特殊仪器即可完成。
附图说明
图1为实施例1中的AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性曲线图。
图2为实施例2中的AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性曲线图。
图3为实施例3中不同AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性比较图。
图4为实施例4中AGM隔板在不同装配压力下湿态循环耐久性比较图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
B厂家某型号隔板100kPa湿态循环耐久测试
(1)样品：裁成50mm*50mm小片；用卡尺测量实际尺寸为50.00mm*49.15mm样品面积S＝2457.5mm2，取15片叠放整齐；
(2)将工装放入拉力机操作平台，进行调零处理。
(3)计算N＝P*S＝100kPa*2457.5mm2/1000＝245.75N；编辑试验方案，条件为力控制，终止力大小为245.75N，压缩速率为5mm/min。设备自动记录峰值压力为244.68N；位移保持不变，时间为300s，记录压缩位移4.667mm和稳定压力211.50N；样品回车至位移为零，记录回车位移为19.603mm。
(4)峰值压强＝峰值压力/样品面积＝245.75/2457.5*1000＝99.56kPa；
稳定压强＝稳定压力/样品面积＝211.50/2457.5*1000＝86.06kPa；
样品100kPa下厚度d＝回车位移-压缩位移＝19.603-4.667＝14.936mm。
(5)将样品放入纯水(或硫酸中)静置5min，使样品饱和吸收液体，控干(无液体下滴)。
(6)手工调制拉力机缓慢下移至接触力为0～1N，记录初始位移为20.312mm，则压缩位移＝初始位移减去100kPa下样品厚度即20.312-14.936＝5.376mm。
(7)编辑试验方案；1.终止条件为位移控制，位移值为5.376mm，压缩速度为5mm/min；2.位移保持120s；3.回车，速率为5mm/min；4.位移控制0.0mm；位移保持120s；循环1-4步200次，采样间隔：0.5s。
(8)按照(4)中方式可计算出每次的峰值压强和稳定压强。
(9)绘制B厂家某型号隔板100kPa湿态循环耐久曲线，结果如图1所示。
实施例2
C厂家某型号AGM隔板60kPa湿态循环耐久测试
(1)样品：裁成70mm*50mm小片受样品限制裁剪后样品实际尺寸为71.75mm*50.28mm；样品面积S＝3607.6mm2取15片叠放整齐；
(2)将工装放入拉力机操作平台，进行调零处理。
(3)计算N＝P*S＝60kPa*3607.6mm2/1000＝216.46N；编辑试验方案，条件为力控制，终止力大小为216.46N，压缩速率为5mm/min设备自动记录峰值压力为215.26N；位移保持不变，时间为300s，记录压缩位移4.5782mm和稳定压力172.56N；样品回车至位移为零，记录回车位移为17.870mm。
(4)峰值压强＝峰值压力/样品面积＝215.26/3607.6*1000＝59.67kPa；
稳定压强＝稳定压力/样品面积＝172.56/3607.6*1000＝47.83kPa；
样品60kPa下厚度d等于回车位移减去压缩位移即d＝17.870-4.5782＝13.2918mm。
(5)将样品放入纯水(或硫酸中)静置5min，使样品饱和吸收液体，控干(无液体下滴)。
(6)手工调制拉力机缓慢下移至接触力为0～1N，记录初始位移为17.326mm，则压缩位移等于初始位移减去60kPa下样品厚度即17.326-13.2918＝4.0342mm。
(7)编辑试验方案；1.终止条件为位移控制，位移值为4.0342mm，压缩速度为5mm/min；2.位移保持120s；3.回车，速率为5mm/min；4.位移控制0mm；位移保持120s；循环1-4步200次，采样间隔：0.5s。
(8)按照(4)中方式可计算出每次的峰值压强和稳定压强。
(9)绘制C厂家某型号隔板60kPa湿态循环耐久曲线，结果如图2所示。
实施例3
选用B、C、D、H四个厂家的隔板，按照实施例1的方法进行测试，结果如图3所示。
通过测试可以得出，蓄电池设计装配压力(峰值压强)为100kPa时，循环200次后不同厂家的AGM隔板的峰值压强和稳定压强差异较大，4个厂家的隔板的湿态装配压力按从高到低依次为：H、C、D、B。
实施例4
C厂家某型号AGM隔板在不同装配压力下湿态循环耐久测试，按照实施例2步骤操作，结果如图4所示。
通过测试数据可知，如果电池设计装配压力为40kPa，循环200次后稳定压强仅仅为16.55kPa；电池设计装配压力为60kPa，循环200次后稳定压强仅仅为24.08kPa；电池设计装配压力为80kPa，循环200次后稳定压强仅仅为29.32kPa电池设计装配压力为100kPa，循环200次后稳定压强仅仅为35.03KPa；经过多次试验我们认为6-DZM-20电池湿态保持在30kPa上次才能有良好的循环寿命和电性能，所以从试验结果可知在使用同厂家隔板时为保证湿态压力在30kPa左右，电池干态装配压力设计值应从40～60kPa调整为60～80kPa较为合适。
实施例5
选用B、C、D、H四个厂家的AGM隔板，设定装配压力(峰值压强)为100kPa组装6-DZM-20电池。然后按照GB/T22199-2008的规定，对电池性能进行测试，包括电池的2hr容量与寿命测试，结果见表1。
表1
由表1可知，4个厂家的AGM隔板组装的电池，在相同的检测条件下，电池性能优异度顺序为H＞C＞D＞B，该结果与实施例3的结果相一致，表明AGM隔板在相同的初始装配压力条件下，经压缩回复循环之后，AGM隔板湿态装配压力越高，电池循环寿命越好，因此为保证电池寿命和电池性能应优先选取隔板厂家顺序为H＞C＞D＞B。
以上结果证明本发明的检测结果能够准确反映AGM隔板的循环耐久性能。
以上实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种AGM隔板湿态压缩回复循环耐久性的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取若干张隔板样品，叠放整齐，置于测试装置中；
(2)设定峰值压力为N1，压缩隔板样品至总厚度为d1，40kPa×样品面积≤N1≤120kPa×样品面积；
(3)撤去压力，使隔板样品完全回复；
(4)将隔板样品置于硫酸溶液或纯水中，使隔板样品饱和吸收硫酸溶液或纯水，控干后置于测试装置中；
(5)再次压缩隔板样品至总厚度为d1，然后撤去压力，使其完全回复；
(6)重复步骤(5)若干次，测量最后一次压缩隔板样品至总厚度为d1时的压力，记为N2，以N1与N2的差值表征隔板湿态压缩回复循环耐久性。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(1)中，隔板样品的张数为10～30张。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，压缩速率为1～6mm/min。
4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，对隔板施加N1的压力保持5～7min。
5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(3)中，撤去压力后，静置1～3min。
6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(4)中，所述控干为无液体下滴。
7.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(5)中，压缩隔板样品至总厚度为d1时，保持1～3min；撤去压力后，静置1～3min。
8.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤(6)中，重复次数为100～400次。
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