Blei-Säure-Batterien werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz in vielen Anwendungen eingesetzt. Einige der häufigsten Anwendungen sind die Automobilindustrie (zum Laden von Geräten wie z. B. Laufbändern), die Speicherung erneuerbarer Energien (Solarpaneele) und unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV). Das Herstellungsverfahren von Bleisäure umfasst mehrere Schlüsseltechnologien, die eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Haltbarkeit spielen. In diesem Artikel werden wir verschiedene Verfahren zur Herstellung dieser Batterien erörtern und ihre technischen Aspekte beleuchten, um sie besser verstehen zu können. Dies wird uns helfen, unsere Systeme entsprechend anzupassen.
1. Heißsiegeltechnik vs. Klebeversiegelungstechnik
Technische Merkmale：
Die Heißsiegeltechnik ist ein gut erforschtes Verfahren zur Versiegelung von Bleibatteriemodulen. Grundsätzlich wird Wärme zum Verbinden der Komponenten einer Bleibatterie, nämlich des Deckels und des Behälters, verwendet. Die nachstehenden Darstellungen geben die technischen Merkmale des technisch-chemischen Heißsiegelverfahrens wieder:
- Starke und zuverlässige Verbindung: Die Verbindung ist dank der Wärmeanwendung sehr robust und hermetisch. So können die Dichtstoffe nicht aus den Zellen entweichen, sondern gewährleisten eine hohe Integritätssicherheit der Zelle.
- Effizient und schnell: Die Produktionsrate von wärmeversiegelten Batterien steigt erheblich, da die Herstellung nicht viel Zeit in Anspruch nimmt.
- Minimaler Einsatz von zusätzlichen Materialien: Bei allen Versiegelungstechniken ist der Einsatz einiger zusätzlicher Materialien minimal.
Bei der Klebeversiegelungstechnik wird jedoch auf klebende Substanzen zurückgegriffen, um die Batterieteile miteinander zu versiegeln.
Die technischen Merkmale der Klebstoffversiegelung sind:
- Flexibilität und Anpassungsfähigkeit: Klebedichtungen bieten mehr Flexibilität im Design und können unregelmäßige Formen von Bauteilen abdichten. Es bietet eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen.
- Widerstandsfähigkeit gegenüber stärkeren Vibrationen: Die Klebeeigenschaften der Klebstoffdichtung bieten eine bessere Widerstandsfähigkeit oder Dämpfungseigenschaften gegenüber starken Vibrationen, was besonders bei Geräten, die starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, von Vorteil sein kann.
- Leichte Reparierbarkeit: Durch Entfernen und erneutes Auftragen des Klebstoffs kann die verklebte Batterie bei Bedarf leicht repariert oder wiederverschlossen werden.
Vergleich der beiden Technologien
Beide Heißsiegeltechniken haben viele Vor- und Nachteile, die sie zu möglichen Alternativen für bestimmte Batterieanwendungen machen. Hier finden Sie einen Vergleich zwischen den beiden Technologien:
Wirksamkeit der Versiegelung:
Das Heißsiegeln hat sich seine Stärken zunutze gemacht, wie z. B. seine robuste und hermetische Verbindung, die bei Batterien das Risiko des Auslaufens von Elektrolyten in anderen Batterien verringert.
Effizienz bei der Herstellung:
Die Heißsiegeltechnik ist unbestreitbar schneller und ermöglicht höhere Produktionsraten, was die Kosteneffizienz der Großserienfertigung verbessert. Dies macht das Verkleben möglicherweise langsamer und ist daher nicht so ideal für hochintensive Arbeitsplätze.
Gestaltungsmöglichkeiten:
Die mit der Klebeversiegelung mögliche Form und Größe bietet mehr Flexibilität, während die Heißversiegelung beim Versiegeln unregelmäßig geformter Teile gewisse Einschränkungen mit sich bringt.
Reparierbarkeit Kapazitäten:
Batterien, die mit Klebstoff versiegelt sind, lassen sich in der Regel leichter reparieren oder neu versiegeln, da der Klebstoff entfernt und ersetzt werden kann. Andererseits können heißversiegelte Batterien komplizierte Reparaturverfahren erfordern.
Durch die Kenntnis der technischen Merkmale und den Vergleich der Vorteile und Beschränkungen beider Arten von Wärme wird es für die Planer viel einfacher, sich für eine der beiden zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zu entscheiden.
2. TTP-Schweißtechnik vs. Brückenschweißtechnik
Die TTP-Schweißtechnik (Through-The-Partition) und die Brückenschweißtechnik sind zwei gängige Methoden, um die negativen und positiven Platten der Batterie zu verbinden. Informieren Sie sich über ihre technischen Merkmale und vergleichen Sie sie anschließend, um sie besser zu verstehen.
Technische Eigenschaften
Die TTP-Schweißtechnik verbindet die durch den Separator gebildete Schweißnaht direkt, indem sie Schweißnähte zwischen den Platten erzeugt. Sie verbindet die positiven und negativen Platten der Batterie. Zu den technischen Merkmalen der TTP-Schweißtechnik gehören die folgenden:
- Minimierter Innenwiderstand: Das TTP-Schweißen sorgt für eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Platten und minimiert den Innenwiderstand der Batterie, was ihre Leistung erhöht.
- Verbesserte mechanische Stabilität: Da die geschweißte Verbindung eine verbesserte mechanische Stabilität bietet, ohne dass sich die Platten bewegen, kann sie die Gesamtlebensdauer der Batterie erhöhen.
- Gleichmäßige Stromverteilung: Das TTP-Schweißen sorgt für eine gleichmäßige Stromverteilung über die Platten, so dass kein Risiko einer ungleichmäßigen Ladung/Entladung besteht und die Lebensdauer der Batterie verlängert wird.
Bei der Brückenschweißtechnik hingegen werden kleine Metallbrücken oder -bänder zwischen den positiven und negativen Platten verwendet. Zu den technischen Merkmalen dieser Art des Schweißens gehören
- Flexibilität im Design: Das Brückenschweißen ermöglicht eine viel größere Flexibilität bei der Gestaltung der Platten, da die Brücken an unterschiedliche Größen und Konfigurationen der verschiedenen Platten angepasst werden können.
- Einfache Herstellung: Das Brückenschweißen kann einfach und schnell sein, verglichen mit dem TTP-Schweißen, das unter Umständen eine hervorragende Präzisionsausrüstung und Ausrichtung erfordert.
- Erhöhte Sicherheit: Die Verwendung von Brücken beim Brückenschweißen kann zusätzliche Sicherheitsvorteile bieten, wie z. B. die Verhinderung von Stromkreisen zwischen denselben Plattenpaaren, die sonst eine Gefahr darstellen würden.)
Vergleich der beiden Technologien
Es liegt auf der Hand, dass sich diese beiden Technologien durch ihre einzigartigen Vorteile deutlich voneinander unterscheiden und die Betrachtung rechtfertigen; hier ein Vergleich zwischen beiden:
Innerer Widerstand:
Die TTP-Schweißtechnik hat einen geringeren Innenwiderstand, was die Leistung der Batterie im Vergleich zum Brückenschweißen aufgrund der direkten Verbindung von Platte zu Platte verbessert.
Mechanische Stabilität:
Die Schweißverbindung verbessert die mechanische Stabilität einer Batterie, da sie eine Verschiebung der Platten verhindert und die Widerstandsfähigkeit der Batterie gegenüber mechanischen Belastungen erhöht.
Flexibilität bei der Gestaltung:
Das Brückenschweißen bietet mehr Flexibilität bei der Konstruktion, da die Brücken an unterschiedliche Plattengrößen und -konfigurationen angepasst werden können. Mit dem TTP-Schweißverfahren hergestellte Bleche können konstruktive Einschränkungen aufweisen, da die Einstellung der Beschichtung durch den Separator möglicherweise begrenzt ist.
Einfachheit in der Herstellung:
Das Brückenschweißen ist im Allgemeinen einfacher und schneller (und daher für die Großserienfertigung geeignet), während das TTP-Schweißen die Qualität der Schweißnähte durch den Einsatz von Geräten und sorgfältige Ausrichtung verbessert. Dies wiederum erhöht den Standard der Fertigungsprozesse trotz der potenziellen Zunahme der Komplexität.
Die Betrachtung aller technischen Aspekte sowie der Vergleich der Vorteile und Grenzen des TTP-Schweißens und der Brückenschweißtechnologien für die Batterieindustrie macht den Herstellern die möglichen Optionen bewusst, so dass sie eine fundierte Entscheidung treffen können.
3. Stanzgitter-Technologie
Blei-Säure-Batterien benötigen eine gewisse Menge an Blei, bestehen aber hauptsächlich aus Hydrometern und elektrochemischen Zellen, die nicht mehr als 30-40 % des gesamten Zellvolumens ausmachen. Struktur und Form des Gitters spielen eine wichtige Rolle für die Stromübertragung zwischen den Bleiplatten während der Entladung. Dieser Abschnitt beschreibt die Punching-Grid-Technologie.
Technische Eigenschaften
Die Lochrastertechnologie weist folgende technische Merkmale auf:
- Hohe Präzision: Die Stanzmaschinen stellen die Gitterstruktur mit hoher Präzision her, was eine gleichmäßige Verteilung gewährleistet und zur Verbesserung der Batterieleistung beiträgt.
- Verbesserte Leitfähigkeit: Das gestanzte Design des Gitters ermöglicht einen effizienten Elektronenfluss zwischen dem aktiven Material und den Anschlüssen, wodurch die elektrische Leitfähigkeit der Batterie verbessert wird.
- Optimale Blechdicke: Die Stanzgittertechnologie ermöglicht die Herstellung von präzisen Gittern mit exakter Dicke, die eine optimale mechanische Stabilität gewährleisten und den Innenwiderstand minimieren.
- Kostengünstig: Es ist im Vergleich zu anderen Gitterherstellungsverfahren relativ kostengünstig, da es sich für die Batterieproduktion in großem Maßstab eignet.
Die Punch-Grid-Technologie ist in vielen Anwendungen weit verbreitet, da sie eine verbesserte Möglichkeit zur Herstellung hochwertiger Gitter mit hervorragenden Leistungsmerkmalen bietet, die zur Gesamteffizienz und Langlebigkeit von Blei-Säure-Batterien beitragen.
4. Erweiterte Grid-Technologie
Ein erweitertes Gitter ist eine weitere gängige Methode zur Herstellung von Bleibatterie-Gittern. Bei dieser Technik wird ein Streifen aus einer Bleilegierung aufgeweitet, um die gewünschte Gitterstruktur zu erzeugen. Lassen Sie uns nun einen Blick auf die technischen Merkmale der erweiterten Netztechnologie werfen.
Technische Eigenschaften
Das erweiterte Netz umfasst die folgenden technischen Merkmale:
- Strukturelle Integrität: Expandierte Gitter bieten eine überlegene strukturelle Integrität, die der Batterie zu einer verbesserten mechanischen Stabilität verhilft.
- Investierte Oberfläche: Das vergrößerte Gitterdesign vergrößert die Oberfläche des aktiven Materials und ermöglicht so effizientere elektrochemische Reaktionen und eine bessere Batterieleistung.
- Verbesserte Haltbarkeit: Durch die Verbesserung der expandierenden Gitterstruktur wird die Haltbarkeit der Batterie verbessert, indem Vibrationen und mechanische Belastungen minimiert werden.
- Vielseitiges Design: Die Expanded-Grid-Technologie ermöglicht es den Designern, eine Vielzahl von Gitterdesigns und -konfigurationen zu entwickeln, so dass die Hersteller die Gitter entsprechend der jeweiligen Anwendung anpassen können.
Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften und die Designvielfalt der Expanded-Grid-Technologie haben dazu geführt, dass sie in der Blei-Säure-Batterie-Industrie immer beliebter wird.
5. Gravity-Cast-Gittertechnologie
Das Schwerkraftgießen ist ein Gießverfahren, das zur Herstellung von Bleibatteriegittern verwendet wird. Beim Gießen wird die geschmolzene Bleilegierung unter dem Einfluss der Schwerkraft in Formen gegossen. Im Folgenden werden die technischen Merkmale des Schwerkraftgussgitters erläutert.
Technische Eigenschaften
Im Folgenden werden die technischen Merkmale des Schwerkraftgießens beschrieben:
- Hohe Präzision: Das Schwerkraftgießen führt bei gefertigten Gittern zu außergewöhnlich filigranen Designs und präzisen Abmessungen, die eine hochwertige Passform und Leistung in Batterien gewährleisten.
- Einheitliche Struktur: Die verfestigte Bleilegierung im Inneren der im Schwerkraftverfahren gegossenen Gitter verleiht ihnen eine einheitliche Struktur, die für eine bessere elektrische Leitfähigkeit und Haltbarkeit der Gitter sorgt.
- Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: Die Korrosionsbeständigkeit der verfestigten Bleilegierung im Inneren der Schwerkraftgussgitter ist verbessert, was die Langlebigkeit der Batterie erhöht.
- Geeignet für große Gitterroste: Das Schwerkraftgießen eignet sich in erster Linie für die Herstellung großer und komplexer Gitter, so dass diese Technologie in der Lage ist, die hohen Kapazitätsanforderungen verschiedener Branchen und Anwendungen zu erfüllen.
6. Interne Technologie vs. externe Technologie
1. Interne Technologie
Bei der internen Technologie handelt es sich um eine Technologie zur Aktivierung der Batterie vor dem Verlassen des Werks. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung der Vorgänge bei der Bildung von Blei-Säure-Batterien:
- Eintauchen in Schwefelsäure: Nachdem die Batterieplatten fertiggestellt und vorbereitet wurden, werden sie mehrere Stunden lang in eine Schwefelsäurelösung getaucht. Dies führt zur Bildung von Bleisulfatschichten auf den Plattenoberflächen, die für die elektrochemische Reaktion der Batterie unerlässlich sind.
- Variablen verwalten: Die Industrieforschung unterstreicht, wie wichtig es ist, Variablen wie die Säurekonzentration und die Einweichzeit während der Formierung sorgfältig zu steuern, da dies die Batterieleistung erheblich verbessern kann.
- Arten von Formation: Es gibt zwei Arten von Formation – trocken und nass. Bei der Trockenladung werden die Platten außerhalb des Batteriegehäuses in einem großen Elektrolytlösungsbehälter geladen. Nassbatterien hingegen werden im Inneren des Batteriegehäuses geladen.
- Wärmemanagement: Bei der Nassaufstellung werden die Batteriegehäuse oft in ein Wasserbad getaucht, um die große Hitzeentwicklung während des Ladevorgangs zu bewältigen. Hohe Temperaturen während der Formgebung können die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batterie verringern.
- Aufladevorgang: Der eigentliche Ladevorgang umfasst eine Reihe von Ladungen und Pausen zwischen den Ladungen. Der erste Ladevorgang kann mehr als einen Tag dauern. Die Batterie wird dann entladen und wieder aufgeladen.
- Trockengeformte Platten: Bei trockengeformten Batterien werden die Platten aus dem Elektrolytbehälter entfernt, getrocknet und in das Batteriegehäuse eingebaut. Diese Batterien werden ohne Elektrolytlösung ausgeliefert.
- Testen und Optimieren: Nach der Formierung wird die Batterie einem Hochgeschwindigkeits-Entladungstest unterzogen, um eventuelle Mängel auszuschließen. Es kann auch mehrere Entlade-/Aufladezyklen durchlaufen, um einen optimalen Betrieb zu erreichen.
- Endmontage und Versand: Nach Erhalt der letzten Ladung wird die Batterie zur Endmontage geschickt und dann versandt.
Dieser Prozess der Bildung von Blei-Säure-Batterien ist entscheidend für die Vorbereitung der Batterie auf die Aufnahme einer elektrischen Ladung und die Gewährleistung ihrer ordnungsgemäßen Funktion und Langlebigkeit.
2. Externe Technologie
Bei der externen Technologie werden automatisierte Anlagen eingesetzt, um den Prozess der Batteriebildung zu beschleunigen und zu verbessern. Durch die Automatisierung erzielen die Hersteller einen wesentlich höheren Durchsatz, eine bessere Qualität und einen sichereren Arbeitsplatz für die Mitarbeiter. Einige externe technologische Aspekte sind
- Automatisiertes Eintauchen von Platten: Die Geräte können die Platten ordnungsgemäß in Schwefelsäurelösungen eintauchen und gewährleisten so Gleichmäßigkeit und Genauigkeit während des Formierungsprozesses. Das Ergebnis ist eine qualitativ hochwertige Batterie mit besserer Leistung und Lebensdauer.
- Automatisierte Wasserbadsysteme: Die automatisierten Wasserbadanlagen halten die erforderliche Temperatur und den Wasserstand aufrecht, so dass weniger Raum für Fehler bleibt und keine manuelle Unterstützung erforderlich ist. Es steigert die Effizienz, indem es die Leistung erhöht und die Wahrscheinlichkeit von Verletzungen bei der Arbeit verringert.
- Software-gesteuertes automatisches Aufladen: Der Einsatz von softwaregesteuerten automatischen Ladegeräten verbessert die Kontrolle und Präzision des Ladevorgangs. Es ist erwiesen, dass das automatische Laden im Vergleich zur manuellen Steuerung bessere Batterien mit höherer Leistung hervorbringt.
- Automatisierte Prüfung: Nach der Herstellung müssen die Batterien getestet werden, um Fehler zu erkennen. Die Prüfmaschinen können effizient viele Batterien pro Minute prüfen und übertreffen damit die Fähigkeiten des menschlichen Personals. Die defekten Batterien würden automatisch an eine Rückgabestation geschickt, was Zeit spart und den Qualitätskontrollprozess rationalisiert.
Im Allgemeinen haben sowohl interne als auch externe Technologien den Batterien Vorzüge verliehen. Bei der Auswahl müssen jedoch verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, die von den speziellen Anforderungen und Prioritäten bei der Entwicklung oder Integration abhängen.
Schlussfolgerungen
Bei der Herstellung von Blei-Säure-Batterien tragen zahlreiche Technologien dazu bei, leistungsstarke und zuverlässige Batterien zu produzieren. Von Versiegelungstechnologien wie Heißversiegelung und Klebeversiegelung bis hin zu Schweißverfahren wie TTP-Schweißen und Brückenschweißen spielt jede Technologie eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, die Integrität und Funktionalität von Blei-Säure-Batterien zu gewährleisten. Gittertechnologien wie Stanzgitter, Streckgitter und Schwerkraftgußgitter ermöglichen die Herstellung von Gittern mit hervorragender mechanischer Stabilität, elektrischer Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Wahl zwischen internen und externen Technologien ermöglicht es dem Hersteller, die Nutzung aktiver Materialien zu optimieren, und bietet die Möglichkeit, das Design der Batterie individuell zu gestalten.
Die Kenntnis der technischen Merkmale, Vorteile und Grenzen dieser Fertigungstechnologien ermöglicht es den Herstellern von Batterien, fundierte Entscheidungen über die Auswahl der für ihre spezifischen Anwendungen am besten geeigneten Methoden zu treffen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung dieser Technologien wird der Blei-Säure-Batterie-Industrie helfen, den sich entwickelnden Anforderungen verschiedener Sektoren gerecht zu werden, und sie wird ihrerseits auch eine nachhaltigere und effizientere Zukunft spielen.
