Различные технологии, используемые при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы применяются во многих сферах применения благодаря своей надежности и экономичности. Некоторые из распространенных применений включают автомобильную промышленность (для зарядки устройств, таких как стоки), хранилище возобновляемой энергии (солнечные панели) и источники бесперебойного питания (ИБП). Процедура производства свинцово-кислотной продукции включает в себя несколько ключевых технологий, которые играют важную роль в повышении долговечности. В этой статье мы обсудим различные процессы, связанные с изготовлением этих батарей, подчеркнув их технические аспекты и позволив нам узнать о них больше. Это поможет нам соответствующим образом адаптировать наши системы.

1. Технология термосваривания по сравнению с технологией клеевой сварки

Технические характеристики:

Технология термосварки — это хорошо изученный подход к герметизации модулей свинцово-кислотных аккумуляторов. По сути, тепло используется для соединения компонентов свинцово-кислотного аккумулятора, а именно крышки и контейнера. Представленные ниже изображения отражают технические особенности технохимического процесса термосварки:

• Крепкая и надежная связь: Соединение достаточно прочное и герметичное благодаря нагреву. Таким образом, герметики не могут выйти из ячеек, но обеспечивают высокую надежность целостности ячейки.

• Эффективно и быстро: скорость производства термосвариваемых аккумуляторов существенно возрастает, поскольку на это не уходит много времени.

• Минимальное использование дополнительных материалов: Среди всех методов герметизации при минимальном использовании требуется несколько дополнительных материалов.

Однако метод клеевой герметизации предполагает использование клеящих веществ, которые скрепляют части батареи вместе.

Технические характеристики клеевой герметизации:

• Гибкость и адаптируемость: Клеевые герметики обеспечивают большую гибкость конструкции и могут герметизировать компоненты неправильной формы. Это обеспечивает лучшую устойчивость к вибрациям.

• Устойчивость к усиленным вибрациям: Адгезивные свойства клеевого уплотнения обеспечивают лучшую устойчивость или демпфирование сильной вибрации, что может быть особенно полезно для оборудования, подверженного значительным механическим нагрузкам.

• Легкая ремонтопригодность: Удаление и повторное нанесение клея позволяет легко отремонтировать или повторно запечатать аккумулятор, если это необходимо.

Сравнение двух технологий

Обе технологии термосваривания имеют много преимуществ и недостатков, что делает их возможной альтернативой для конкретных применений аккумуляторов. Вот сравнение двух технологий:

Эффективность уплотнения:

В термосварке использованы такие сильные стороны, как прочное и герметичное соединение, способное вызывать повреждение батарей, снижая риски, связанные с утечкой электролитов в других батареях.

Эффективность изготовления:

Технология термосваривания, несомненно, быстрее, позволяя увеличить производительность, тем самым повышая экономическую эффективность колоссального производства. Это делает герметизацию клея, возможно, более медленной и, следовательно, не такой идеальной для высокоинтенсивных рабочих мест.

Возможности дизайна:

Форма и размер, возможные при клеевой сварке, обеспечат большую гибкость, в то время как термосварка может иметь некоторые ограничения при сварке деталей неправильной формы.

Ремонтопригодность:

Батареи, запечатанные клеем, обычно легче ремонтировать или запечатывать, поскольку клей можно удалить и заменить. С другой стороны, термосвариваемые батареи могут потребовать сложных процессов ремонта.

Принимая во внимание технические характеристики и принимая во внимание сравнительные преимущества и ограничения, связанные с обоими видами тепла, проектировщикам будет намного проще выбирать из двух доступных вариантов.

2. Технология сварки TTP в сравнении с технологией мостовой сварки

Технология сварки TTP (сквозная перегородка) и технология мостовой сварки — два распространенных способа соединения отрицательных и положительных пластин аккумулятора. Давайте узнаем об их технических характеристиках, а затем сравним их, чтобы лучше понять.

Технические характеристики

Технология сварки TTP напрямую соединяет сварной шов, образованный через сепаратор, путем создания сварных швов между пластинами. Он соединяет положительные и отрицательные пластины аккумулятора. К техническим особенностям технологии сварки ТТП относятся следующие:

• Минимальное внутреннее сопротивление: Сварка TTP обеспечивает прямое электрическое соединение между пластинами и минимизирует внутреннее сопротивление аккумулятора, тем самым повышая его производительность.

• Улучшенная механическая стабильность: поскольку сварное соединение обеспечивает повышенную механическую стабильность без смещения пластин, оно может повысить общий срок службы аккумулятора.

• Даже текущее распределение: TTP-сварка обеспечивает равномерное распределение тока по пластинам, что исключает риск неравномерного заряда/разряда и продлевает срок службы аккумулятора.

С другой стороны, в технологии мостовой сварки используются небольшие металлические перемычки или перемычки между положительными и отрицательными пластинами. К техническим особенностям этого вида сварки относятся:

• Гибкость в дизайне: Мостовая сварка обеспечивает гораздо большую гибкость при проектировании пластин, поскольку мосты можно регулировать для размещения пластин разных размеров и конфигураций.

• Простота изготовления: Мостовая сварка может быть простой и быстрой по сравнению со сваркой TTP, для которой может потребоваться высокоточное оборудование и центровка.

• Повышенная безопасность: Использование перемычек при сварке мостов может обеспечить некоторые дополнительные преимущества в области безопасности, например предотвращение замыканий между одними и теми же парами пластин, которые в противном случае могли бы создать опасность).

Сравнение двух технологий

Очевидно, что уникальные преимущества каждой из этих двух технологий существенно отличают их друг от друга и оправдывают такое внимание; вот сравнение между ними:

Внутреннее сопротивление:

Технология сварки TTP имеет более низкое внутреннее сопротивление, что помогает улучшить производительность аккумулятора по сравнению с мостовой сваркой благодаря прямому соединению пластин с пластинами.

Mechanical stability:

The welded connection improves the mechanical stability of a battery as it prevents plate movement and enhances the battery’s resilience against mechanical stress.

Design flexibility:

Bridge welding allows more design flexibility since bridges can be adjusted to suit different plate sizes and configurations. Plates manufactured with TTP welding may have limitations in terms of design since there are potential limitations on the adjustment of plating through the separator.

Manufacturing simplicity:

Bridge is generally simpler and faster (hence suitable for high-volume fabrication), while Adopting TTP welding improves the quality of welds by using equipment and careful alignment. This in turn enhances the standard of manufacturing processes despite the potential increase in complexity.

Considering all technical aspects, as well as comparing the advantages and limitations of TTP welding & bridge welding technologies towards batteries industries, makes manufacturers aware of possible choices, thereby making an informed choice.

3. Punching Grid Technology

Lead-acid batteries require a certain amount of lead but are composed mainly of hydrometers and electrochemical cells that cannot form more than 30-40% of the whole cell volume. Grid structure and shape play vital roles regarding the electricity conducted among lead plates during discharge. This section describes Punching Grid technology.

Технические характеристики

Punch grid technology has the following technical features:

• High precision: Punching machines produce the grid structure with high precision, ensuring consistent uniformity and helping in enhancing the battery’s performance.

• Enhanced conductivity: The punched design of the grid allows efficient electron flow between the active material and terminals, thereby enhancing the battery’s electrical conductivity.

• Optimal plate thickness: Punching grid technology enables accurate grids of precise thickness to be produced, ensuring optimal mechanical stability as well as minimizing internal resistance.

• Cost-effective: It is relatively cost-effective compared to other grid manufacturing processes due to its suitability for large-scale battery production.

Over many applications, punch grid technology is widely adopted since it offers an enhanced way to manufacture high-quality grids with excellent performance characteristics that contribute to the overall efficiency and longevity of lead-acid batteries.

4. Expanded Grid Technology

An expanded grid is another prevalent method being used for manufacturing lead-acid battery grids. Basically, this technique involves expanding a lead alloy strip to produce the desired grid structure. And now, let us look into the technical features of expanded grid technology.

Технические характеристики

The expanded grid encompasses the following technical features:

• Structural integrity: Expanded grids offer superior structural integrity, which assists the battery in offering improved mechanical stability.

• Invested surface area: Expanded grid design enhances the surface area of the active material, thus facilitating more efficient electrochemical reactions together with better battery performance.

• Fortified durability: By virtue of expanding grid structure enhancement, the battery’s durability minimizes vibration and mechanical stress.

• Design versatility: Expanded grid technology facilitates designers to come up with a vast array of grid designs and configurations, thus making it capacious enough for manufacturers to customize the grids according to the application concerned.

The excellent mechanical properties and design versatility of expanded grid technology have made it increasingly popular in the lead-acid battery manufacturing industry.

5. Gravity-Cast Grid Technology

Gravity casting is a casting method used for manufacturing lead-acid battery grids. Casting involves pouring molten lead alloy into molds under the force of gravity. The technical features of the gravity-cast grid are now explained.

Технические характеристики

The following are the technical features of gravity casting:

• High precision: For fabricated grids, gravity casting results in extraordinarily intricate designs as well as precise dimensions, ensuring quality fit and performance in batteries.

• Uniform structure: Solidified lead alloy inside the gravity-cast grids gives them a uniform structure which provides better electrical conductivity and durability of grids.

• Enhanced corrosion resistance: Corrosion resistivity of solidified lead alloy inside the gravity cast grids is improved, resulting in increased battery longevity.

• Suitable for large grids: Primarily, gravity casting is suitable for manufacturing huge and complex grids, thus making this technology capable enough to cater to the high capacity requirements of various industries and applications.

6. Internal Technology vs. External Technology

1. Internal Technology

Internal Technology is a battery activation technology before leaving the factory. Here’s a summary of what happens during lead-acid battery formation:

1. Immersion in Sulfuric Acid: After the battery plates have been finished and prepared, they are immersed in a solution of sulfuric acid for several hours. This causes layers of lead sulfate to form on the plate surfaces, which is essential for the battery’s electrochemical reaction.

2. Managing Variables: Industry research highlights the importance of carefully managing variables like acid concentration and soak time during formation, as it can significantly improve battery performance.

3. Types of Formation: There are two types of formation – dry and wet. In dry formation, the plates are charged outside the battery case in a large electrolyte solution tank. Wet-formed batteries, on the other hand, are charged inside the battery case.

4. Heat Management: During wet formation, battery cases are often submerged in a water bath to manage the large amount of heat produced while the battery is being charged. High temperatures during forming can decrease the battery’s effectiveness and lifespan.

5. Charging Process: The actual charging process involves a series of charges and breaks between charges. The initial charging process can take over a day. The battery is then discharged and recharged.

6. Dry-Formed Plates: For dry-formed batteries, the plates are removed from the electrolyte tank, dried, and assembled into the battery case. These batteries are shipped without the electrolyte solution.

7. Testing and Optimization: After formation, the battery undergoes a high-rate discharge test to rule out any defects. It may also undergo several more discharge/recharge cycles to achieve optimum operation.

8. Final Assembly and Shipment: After receiving the finishing charge, the battery is sent for final assembly and then shipped out.

This lead-acid battery formation process is crucial in preparing the battery to receive an electrical charge and ensure its proper functioning and longevity.

2. External Technology

External technology involves the use of automated equipment to speed up and increase the battery formation process. Through automation, manufacturers achieve much higher throughput, improved quality, and a safer workplace for employees. Some external technology aspects include

1. Automated Plate Immersion: Equipment can submerge plates in sulfuric acid solutions properly, ensuring uniformity and accuracy during the formation process. The result is a high-quality battery producing better performance and life span.

2. Automated Water Bath Systems: The automated water bath equipment maintains the required temperature and level of water resulting in less room for errors and no need for manual assistance. It enhances efficiency by increasing performance and reducing the probability of on-the-job injury.

3. Software-Driven Automatic Charging: Utilizing software-driven automatic charging equipment enhances control and precision of the charging process. Automated charging has been verified to produce better batteries with superior performance compared to manual control.

4. Automated Testing: Once formed, the batteries have to undergo testing to detect defects. The testing machines can efficiently test many batteries per minute, beating the human personnel’s capabilities. The defective batteries would be automatically sent to a reject station saving time and streamlining the quality control process.

Generally, both internal and external technologies have given merits to batteries. Still, selection demands the consideration of different factors dependent upon one’s special requirements and priorities in developing or incorporating them.

Conclusions

In the field of lead-acid battery manufacturing industries, numerous technologies contribute to producing high-performance and reliable batteries. From sealing technologies like heat sealing and glue sealing to welding methods such as TTP welding and bridge welding, each technology plays a major role in ensuring that the integrity and functionality of lead-acid batteries are safeguarded well. Grid technologies like punching grids, expanded grids, and gravity-cast grids enable the production of grids with excellent mechanical stability, electrical conductivity, and corrosion resistance. The choice between internal and external technologies further allows the manufacturer to optimize the utilization of active materials and gives the option to customize the design of the battery.

Understanding the technical features, advantages, and limitations of these manufacturing technologies empowers manufacturers of batteries to make informed decisions regarding the selection of the most suitable methods for their specific applications. Continuously advancing these technologies will help the lead-acid battery industry to meet the evolving demands of various sectors, and on its own part, it will play a more sustainable and efficient future too.