阀控式密封铅酸蓄电池槽设计中计算机技术的应用与研究_张星洒.pdf

第 12 卷 第 3 期2023 年 3 月Vol.12 No.3Mar.2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology阀控式密封铅酸蓄电池槽设计中计算机技术的应用与研究张星洒，张学超（郑州电子信息职业技术学院，河南 郑州 451450）蓄电池作为直流系统中核心的部分能够给各个重要设备进行不间断的供电，是重要的后备电源。阀控式密封铅酸蓄电池因充电的过程中会产生一定的气压，因此在电池槽的设计过程中应当充分考虑蓄电池的特点和性能。许多厂家通过材料力学无法对电池槽的受力以及变形情况进行准确地描述，采用CAD计算机辅助设计软件能够对材料进行三维有限元计算模型的构建，通过计算机技术对电池的机理强度进行有效计算，能够分析出电池槽具体的应力和变形等情况，同时为电池槽的结构设计提供了有效参考。1 阀控式密封铅酸蓄电池的特点和性能判断对比传统铅酸蓄电池，阀控式密封铅酸蓄电池的维护更加简单，无须对水进行补加或者对酸的比重进行调节，使用新型合金材料制作电池的极板具有更强的抗腐蚀能力，也提升了氢气释放过程中的过电位，极大程度降低了氢气的产生量。采用超细玻璃纤维制作电池隔板能够吸附电解液，让氧气能够快速通过负极，电池整体采用了密封式的阀控过滤酸结构，抑制了酸雾的溢出，有效降低了对环境的污染。使用阀控密封结构也能够隔绝外部的气体进入到电池的内部，能够有效避免蓄电池因火花而出现爆炸的风险发生。同时也可以通过安全阀的开启关闭来对电池内部的压力进行控制。阀控式密封铅酸蓄电池的结构更加紧凑，具有较大的容量，放电性能较好，自放电较少，很适合进行大电流的放电。其充电承受能力较强、均匀性较好，能够应用的温度范围较广，具有较长的使用年限。该电池的占地面积较小，立卧皆可，具有较强的抗震性能。设计过程中需要对蓄电池的失效原理和电池寿命相关影响因素进行分析，能够得出电池性能与内阻、电压以及容量等相关参数之间有着极大的关联性，对蓄电池的性能进行判断主要依靠以下几种：外观：如果蓄电池出现了严重的腐蚀或者极柱爬碱情况，外壳出现了严重的变形、鼓包、漏液或者排气阀溢出了大量的酸雾，都可以判断为蓄电池的性能正在下降；温度高低：日常维护的过程中需要对周边环境的温度加以测量，温度的高低能够直接影响蓄电池的性能，也需要对蓄电池外壳进行温度的测量；参数变化：电压的高低、容量下降、内阻值的增加都代表着蓄电池性能有所下降；使用寿命：蓄电池的使用寿命能够直接反映其性能。通过以上内容的观察和测量能够对蓄电池的功能性进行充分判断。2 设计参数电池容量：常规电源设备容量采用 kW 或者kVA表示，但阀控式密封铅酸蓄电池采用Ah代表容量。从理论角度来说t(电池和PCM温度值)虽然可以接近无穷，但在电池放电后的电压持续低于终止电压，并且仍然继续放电就会导致电池损坏，因此对t值进行一定的限制。小电池采用mAh表示标称容量，大电池采用Ah、kAh表示标称容量，电信工业则采用C8、C10表示标称容量。放电率：电池内部发生局部作用将持续消耗电池容量，根据容量的损失与之前的容量比可以得出蓄电池的自由放电率参数。放电率是对蓄电池放电的电流大小的表示参数，其中包括了电流率以及时间率等参数。电池放电的时间率参数主要指在一定放电量范围下的蓄电池放电开始至放电终止时电压变化的时间。如蓄电池在外部26的环境中释放一定的电流进行放电，而从放电起始到放电终止的这段时间称为一个完整放电过程，It(采用放电倍率表示的电池放电电流)既可以是电流量也可以作为小时率，在1EC的标准下放电的时间率主要包括资讯聚焦第 3 期张星洒等：阀控式密封铅酸蓄电池槽设计中计算机技术的应用与研究25、15、10、5、3、1小时率及分钟率等不同类型，根据放电的小时率长短能够更好地针对不同额定容量的蓄电池放电的电流量大小进行比较。放电终止电压：其定义为25温度的环境下按照一定放电率进行蓄电池放电之后再反复充电使用的最低电压。在通常情况下，10小时率的蓄电池的单体放电后，其终止电压能够达到1.8 V/Cell，而3小时率的蓄电池单体放电后的终止电压可以达到1.8 V/Cell，1小时率的蓄电池单体放电后的终止电压可以达到1.75 V/Cell。3 设计要点CAD计算机辅助设计技术已经被广泛应用在蓄电池行业当中，积累了较为丰富的经验。通过采用CAD三维绘图技术对蓄电池的板栅、极板、涂膏量的参数和结构进行优化设计。根据蓄电池产品的设计方案对板栅的参数和结构进行确定，通过CAD 绘制出板栅三视图，然后再分别绘制板栅、极板以及铅膏的立体图。阀控式密封铅酸蓄电池的容量需要考虑到其反应物质的具体数量以及反应率，对影响利用率的相关参数需要结合生产和应用的实际情况进行计算。设计前应当根据用电设备的具体需求，结合蓄电池的生产经验和应用知识进行初步设计，做出样品后通过检测和现场的考核获取相关数据，以此为基础对原设计进行修改和完善。具体的设计步骤为：根据用电设备具体的功率需求和使用时间需求对蓄电池需要的能量进行计算，然后确定单体电池的具体数目。铅酸蓄电池的标称电压通常为2 V，因此电池组的设计通常为2 V、4 V、6 V、12 V和24 V。由此可以得出电池容量值为：电池容量=所需瓦时/电池组电压(Ah)；结合所需的Ah数来对正负极的活性物质总量、板栅和极板的尺寸及厚度、电解液的数量和浓度进行有效计算。对参数进行分析和整理计算后可以获得不同结构的计算结果，对参数进行调整后对结构进行有效的优化。采用CAD三维绘制技术能够对电池中所有零部件的重量和电池总体的重量、体积、千伏安时耗铅量以及比能量等经济技术指标进行计算，以此为基础来计算蓄电池的成本。通过使用计算机辅助设计软件能够有效缩短蓄电池的开发周期、提升工作质量、降低运营成本，同时也可以提升新产品的研发率。4 设计过程阀控式密封铅酸蓄电池的设计结构包括蓄电池槽、板栅、极板、隔板、连接条、极柱等，相关的还有汇流排模的设计等，其中极板是蓄电池设计的重要核心。生产工艺能够对蓄电池的性能进行保障，产品设计要考虑到工艺参数，CAD软件具备设计计算和绘图功能，能够有效满足蓄电池产品的设计需求。对比传统的蓄电池设计具有较强的优势，其特点包含：图面清洁、易操作、工作强度较低；设计效率更高、设计成果可以重复利用；数据精准度更高，更加清晰；资料稳定性更高、保存更加方便；能够对标准化设计的发展起到推动的作用。阀控式密封铅酸蓄电池产品的基板设计主要包括主控模块和三个功能模块。三个功能模块包括正交形板栅的参数计算和图形生成；斜筋形板栅的参数设计和图形生成；放射形板栅参数计算和图形生成。主控模块通过菜单选择，输入选择码即可按照顺序进行模块生成。CAD计算机辅助设计技术得到了广大设计人员的肯定，绘制立体图的过程中可以通过各种命令结合个人设计习惯进行灵活的使用，更加容易学习和操作。综上所述，科学技术的不断发展带动了CAD计算机辅助设计技术朝着更加智能化和集成化的方向发展。在蓄电池产品的设计领域中能够充分发挥其优势，打破传统设计方法中存在的弊端。CAD计算机辅助设计技术能够有效提升蓄电池的生产效率和质量，并且实现产品的模块化设计，提升设计的技术含量，提升蓄电池生产企业的市场竞争力。通过人工智能系统能够更加精准地掌握蓄电池产品的特点和设计要求，对相关参数和数据进行调控和整理，以此为基础做出对应的决策，进而为产品设计提供更加具有精准性和完整性的数据支持。将CAD计算机辅助设计技术应用到阀控式密封铅酸蓄电池槽的设计中，能够有效提升整体的设计水平，进一步促进我国蓄电池产品的持续发展。1003