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使用模拟分析解决铅酸电池板栅铸造缺陷 该公司自1919年成立以来，一直是铅酸蓄电池行业的龙头企业，95年来一直为用户提供世界级的电源解决方案，使其成为该地区的先驱和最长寿的电池制造商之一。其电池品牌MOTOLITE是亚太地区汽车、摩托车和工业电池的最大品牌之一 经过3年的评估，终于在6个商业软件中，选择了Cast-Designer 为其提供铸造模拟分析。模拟结果先睹为快： 铅酸蓄电池的应用： 铅酸蓄电池几乎用于各行各业的方方面面，其中包括启动电池、动力电池和工业电池。 在动力电池领域，蓄电池主要作为电动车辆的动力电源。电动车辆主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、电动助力车、电动叉车和其他小型电动车辆。在这一市场上，铅酸蓄电池由于具备突出的性价比优势，占据了95%以上的市场份额。 在后备与储能电池领域，蓄电池主要是作为通信基站的备用电源以及太阳能光伏电站和风能电站的储能电源，因此又称为固定用蓄电池。 板栅的发展史： 最初的铅蓄电池是用两块铅板在硫酸溶液中通过反复多次的充放电循环变为电池的正负极，无所谓板栅可言。 1880年，Faure提出了涂膏式极板，即将铅膏涂在薄铅板上，铅板作为集流体。 1881年，Swan首先提出板栅的概念，取代以前所用的铅板。 之后，Sellon发明了铅锑合金板栅，其他各种各样的板栅也相继出现。 铅酸电池板栅的铸造缺陷： 板栅是电极活性物质的集流体和载体。它在蓄电池中占到20%~30%的成本。板栅生产是蓄电池制造的一个重要环节，一个企业的板栅生产量往往非常大，每月都在几百万以上。极板生产过程中合金成品率每提高1%，每月直接节约的生产成本就在几万以上，因此极板生产的废品率以及合金利用率的控制是极板生产过程中应主要控制的项目之一。 板栅的制造方法主要有：铸造、冲压、拉网、连铸、压铸几种，目前大多采用的是铸造板栅，包括单模自动铸板机铸造和人工浇铸。根据国家环保政策要求，正板铅锑镉合金禁止使用。铅钙合金作为第一代免维护蓄电池的板栅材料，逐渐成为人们的首选，目前其市场占有量已达到了71%--80%。由于铅钙合金冷却范围窄，在铅钙合金板栅的生产浇铸过程中，碰到的问题是缺肉、气孔、断筋、脆裂等，而多数问题的出现是由于板栅生产工艺不合理或未严格执行生产工艺所致。 铅酸电池板栅的铸造模拟分析难点： 1） 材料数据，铅基合金数据 2） 网格的几何描述，筋条厚度较薄且呈现放射状 3） 算法，CFD和FEM算法在流动与凝固计算中各有优势。 在电池制造行业中，板栅气孔是困扰很多企业的问题，气孔发生的位置：气孔主要集中在极耳上及板栅下模口框筋上。
浇口截面呈漏斗状态，其宽度要保证铅合金液进入时不因重力作用而溅起或溢出。过渡流道起分流和缓冲作用，其截面形状呈梯形。通过优化过渡流道的锲形缺口，调整充型的平衡性。 模腔设计： 包括浇口、过渡流道、型腔、工艺定位流道的设计。 模具排气道设计，要结合充型过程，增加排气道的有效利用率。避免板栅产生气孔。下图为排气道优化建议： 根据板栅气孔情况，逐步提高模具温度，到达推迟合金铅凝固时间，留出更多的时间用来排气下模口温度要适当高于上模口温度，随着铅液的下沉，空气会聚集在下模口，所以要留出更多的时间来排气，推迟液铅的凝固，模具温度分布如下图： 结论：通过优化过渡流道、排气道分布以及控制模具温度的手段。板栅气孔得到了很好的改善。 |
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