塑压电池堆承载能力的研究

陈玺媛

【摘要】：电池堆是锌银贮备电池的心脏，其核心零件的强度决定着电池的成败。本文通过对塑压电池堆零件的特點进行分析，针对其承载能力的考核开展了研究和充分的试验，寻求一套行之有效的对塑压电池堆强度进行考核的验证方法，满足使用要求。

【关键词】：塑压零件;电池堆;强度考核

1.引言

塑壓零件以其轻便、经济的特点被移植到锌银贮备电池的心脏部位上，这是一个创举，和一次大胆的尝试。我们采用372颗粒材料塑压预先成形为半成品来代替传统工业有机玻璃板复杂和高成本的全套机械加工过程，更好地突出了精益生产，但要保证能够成功使用，质量第一是关键。

电池堆核心零件的结构很具特色，由于热塑压冷收缩的特殊性， 塑压而成的有机玻璃电池堆容易出现不稳定性，内部存在扭曲变形，随机的气泡，夹渣，不致密，局部有裂纹和银纹的情况。为了电池产品的稳定成熟，我们一直在致力于塑压电池堆的各项研究试验， 其中承载能力是考核的一个重要目标。

2.技术分析

我们知道电池的任务要求和技术参数不同，决定了电池组的分配系统，也决定了电池组的结构强度及抗冲击振动的能力。要实现电池的正常工作，根据它的特点和用途，要有相应的结构形式来保证。当电池功率大， 电池堆零件塑压成形的体积大， 但结构过大又会增加重量，会降低活性物质在整个电池中的比量，影响容量。所以我们的核心零件是进液槽窄，密集，进液孔多又深的浓缩实体。塑压件结构如下图：

电池堆是电池组的主体，其结构部分是用多个有机玻璃零件粘接而成的，各单元电池封装于有机玻璃壳体中，若粘接强度差，进液孔被胶液堵塞，则电池组激活时将影响电解液正常分配，导致电池组电性能低劣或失效，当零件平行度，垂直度不符合要求，材料不合格，装配不当都会引起孔道堵塞，不密封，短路。而塑压零件，表面不平整，有局部凹陷，对称度差。各单体槽由于热收缩位置产生漂移，尺寸不准。壳体壁厚薄不均，内部进液小孔和其余各孔扭曲变形，存在很多随机杂乱的气泡，夹渣，不致密，壳底部、中部、单体腔口部等各局部有裂纹和银纹的现象，是否直接影响电池堆的强度？！

3.技术研究

锌银贮备电池的工作是通过电解液来实现的， 电解液分配系统起着控制气液流量或流速，保证电解液均匀分配至各个单体电池的作用。电池的密封性能不好，电解液会渗漏，将影响电池组电气性能，所以要考证气密性的同时， 如何解决考核强度的问题， 这就需要摸清电池堆的工作原理，切实可行的给它的承受极限施行破坏性压力。

3.1强度考核的可行性分析

电池堆是电池组的主要功能部件， 电池组的优化设计，是解决好各个系统的匹配问题，严格控制电解液量，合理设计电池组的进液孔，排气孔，分配槽的尺寸，形成合理的分配系统。分配系统的动阻力匹配是电解液分配均匀的关键， 电解液分配均匀才能保证电池的正常工作及容量充分利用，阻力主要产生在电解液分配过程中的通道上。电解液的分配路径示如下图：

电池堆在工作时，动力源激活电池，由高温高速的气体推进容器内的电解液，通过进液接头送入电池堆，电解液由气液分离零件的进口经分配零件的中央槽及过滤装置去除多余物后进入塑压壳体的进液小孔， 控制气液流量或流速， 进行正常分配，由壳底部进入各单体型腔槽，与单元电池发生化学作用产生电性能，其动作是瞬间高速的，大部份电解液留存在单体内，少量电解液通过气液分离零件进行过滤，贮液零件再次过滤吸收干净， 在这个反应堆中的气体通过气管又由分配零件的左右双槽回到分离零件，经过对称的型腔消除两边阻力的差异，而导致的电解液分配单边现象。气体由气塞处，经排气通道排出反应堆， 残余电解液由皱纹纸吸收，实现气液分离，整个进液和排气渠道形成的路线，保证了气液的合理分配与排放， 而电能则由各零件的相应输出路径将其导出。电池堆的气液路线是电解液的分配和实现功能的关键。在摸清了电池堆的工作原理和气液路后，下一步就是我们将考虑如何将负载以合理的方式送到它的各个角落， 切实可行的给它的承受极限施行破坏性压力，整体性的充分考证其核心零件的强度和极限。

3.2电池堆承载能力的考证

分析和确定施压的渠道，模拟实现电池堆的承受强度及考核极限及指标，形成具体措施方案， 对电池堆实施破坏性压力试验：

3.2.1打压强度：

根据电池的使用要求和技术指标，确定电池堆的保底压力，然后递增。

3.2.2打压原理过程：

从电池堆的结构可知，为有利于进气和压力传输，选择该零件的出气气塞孔处为压力引入点，与打压接头的配合和密封。将整个电池堆上下用有机玻璃板密封盖住粘牢，各孔道用牙托胶密封堵死，形成封闭气路，当打压气体由出气口进入型腔后，经过气液分离零件的气路，由两侧原进气孔打入分配零件相应两侧通道，进入单体槽，检验壳体零件型腔及内部组织的强度，再达到底板，考核壳体与分离零件，分配零件，过滤零件，底板的粘接强度，不断向里进气，直到极限爆裂。

4.研究结论

开展对锌银贮备电池塑压电池堆零件承载能力的研究， 是对未知问题的一种试验验证方法的探索及实现，我们找到了解决问题的关键在于如何考证强度，确实抓住其工作时的状态点和所能承受的负载极限。确定了有效的考核验证方法， 进一步设计和制作了气压接头，通过试验， 充分显现了其切实可行， 安全简单，快捷有效，易于操作，经济合理，满足使用要求。

参考文献：

[1]金属切削加工刀具材料选用与加工工艺方法[J].湖北航天科技，2000 （5）

[2]数控制造[M].华北航天工业学院出版社，1995