CN101877425A - 一种大密铅酸蓄电池脉冲内化成方法 - Google Patents
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Abstract
一种大密铅酸蓄电池脉冲内化成方法，低频率正脉冲内化成过程分为五个阶段：内化成引导阶段、低频率正脉冲化成、低频率正脉冲化成、低频率正脉冲化成充电、内化成结束阶段。本发明的方法是一种缩短大密阀控式密封铅酸蓄电池化成时间的低频率正脉冲内化成方法，既能保证电池质量，又能缩短化成充电时间，提高生产效率，减少电池场地占用，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种大密阀控式密封铅酸蓄电池脉冲化成方法。
背景技术
按一般标准，容量在65Ah以下的铅酸蓄电池称小密电池，容量在65Ah以上的铅酸蓄电池称大密电池。由于内化成与外化成相比，无酸雾逸出，更加环保，目前国内有部分电池厂家采用了电池内化成工艺。在电动自动车、电动摩托车用的小密电池厂，有些已采用正负脉冲内化成的化成方法。
专利号为ZL 200510040649.7的发明专利“一种缩短铅酸蓄电池内化成时间的化成方法”，公开了一种“两充一放”的脉冲内化成方法，第一阶段采用间歇式正脉冲化成，脉冲频率为25Hz，正脉冲的幅值为0.5C～1.0C，脉冲的时间为24ms，间歇时间为16ms；第二阶段采用非对称间歇式正负组合脉冲化成，脉冲频率为25Hz，正脉冲的幅值为0.5C～1.0C，正脉冲的时间为24ms，负脉冲的幅值为0.3C～0.8C，负脉冲的时间为8ms，正、负脉冲交替进行，间歇的时间为4ms，共进行22小时。
但该专利的“两充一放”的脉冲内化成方法仅适应于小密电池，尤其是电动自行车电池。而对于容量在65Ah以上大密电池来说，由于电池极板厚、极板质量重、电池容量大，采用以上方法，根本无法将电池的极板化熟，电池容量达不到，产品不合格。
近十年以来，大密电池厂家一直在进行脉冲化成方面的研究，不断地实验各种脉冲的频率、幅值，调整化成的充放电制度，但效果都不理想，脉冲化成后，或极板中部发白，或电池容量达不到，或循环寿命缩短，或电压严重不平。
采用普通的内化成充电方法，存在化成时间长、生产效率低的缺点，严重影响电池产量。而化成充电是电池制造过程中时间最长、占用厂房面积最大的工序。如何在保证质量的前提下，采用脉冲内化成提高生产效率、降低成本，也一直是大密阀控式密封铅蓄电池生产厂家在努力解决的难题。到目前为止，还未见有关大密电池厂在生产上采用了脉冲化成的内化成方法的相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种缩短大密阀控式密封铅酸蓄电池化成时间的低频率正脉冲内化成方法，既能保证电池质量，又能缩短化成充电时间，提高生产效率，减少电池场地占用，降低生产成本。
本发明的低频率正脉冲内化成过程：分为五个阶段：
第一阶段为内化成引导阶段，采用0.05C～0.15C恒流充电1～5h；
第二阶段采用低频率正脉冲化成，脉冲的频率为0.07～0.12Hz，正脉冲的幅值为0.3C～0.4C，脉冲的时间为6～8s，间歇时间为2～4s，共进行26～28小时；第二阶段结束后，静置0.3～0.6h，再以0.25C～0.35C放电0.5h～1.5h；
第三阶段采用低频率正脉冲化成，脉冲频率为0.07～0.12Hz，正脉冲的幅值为0.2C～0.3C，正脉冲的时间为6～8s，间歇时间为2～4s，共进行16～18小时；第三阶段结束后，静置1.5～2.5h，再以0.15～0.25C放电9～12h；
第四阶段采用低频率正脉冲化成充电，脉冲频率为0.07～0.12Hz，正脉冲的幅值为0.1C～0.2C，正脉冲的时间为6～8s，间歇时间为2～4s，共进行6～8小时；以上C代表电池额定容量；
第五阶段为内化成结束阶段，采用2.20～2.30V恒压浮充2～5h。
本发明第二至第四阶段中最优选的脉冲频率为1Hz。
本发明由于第一阶段采用小电流恒流充电，使电池极板逐步适应化成充电，减少大电流对极板的冲击，为后一步的大电流脉冲化成作准备，相当于一个低频率脉冲化的引导、热身过程。
第二、第三、第四阶段属于主体化成阶段，三个阶段的正脉冲幅值和阶段充电时间逐步递减，很好地适应了大密铅酸蓄电池充放电特性。化成充电过程中，电池在接受一个6～8s的正脉冲后，有2～4s的间歇时间，使电解液有充足的时间扩散到极板内部，减小了电解液的浓差极化，同时有充分的时间将反应热散出，避免了电池充电过程中的发热累积，提高了充电效率。在化成充电一个阶段完成后，采用集中静止放电，有利于电解液充分扩散，减小极化电阻，为下一个阶段充电做好准备，更加有利电解液充分渗透至极板内部，使电池的均匀性、一致性更好。
第五阶段采用2.20～2.30V恒压浮充2～5h，可以减小电池之间的电压差，使电池的电压更加均衡，电池更加一致。
对于大型阀控式密封铅酸蓄电池来说，电池极板较厚、电解液处于贫液状态，充电过程中极板孔隙间产生的硫酸不易扩散，如果采用较高的脉冲频率，由于间歇时间短，使极板孔隙间的硫酸密度快速累加，体现在外特性上就是电压升高速度加快，且长时间滞留在高压区，造成电能更多的用于电解水和发热，降低了充电效率，同时过量硫酸的聚集，降低了电化学反应速度，会导致电化学极化加剧。采用低频率正脉冲化成方式，其幅值电压虽然会更高，但由于有较为充裕的停充时间，可以使极板孔隙间的硫酸充分扩散，离子非线性浓差扩散达到稳态，消除了欧姆极化和电化学极化，同时也有充分的时间散热，避免了电池化成充电过程中的发热累积，使化成效率得以提高。
本发明之所以未采用负脉冲，是因为低频率正脉冲的间歇时间足够消除电池的极化效应，而且采用负脉冲放电的电能不能反馈回电网，造成电能消耗大，成本高，同时能产生正负脉冲的充电设备价格贵，生产投资大，性价比低。经实验对比，采用低频率正脉冲化成方法比正负脉冲的化成方法，能用更少的电能、化成时间生产出质量合格的电池。
本发明的方法是申请人自2005年开始探索大容量铅酸蓄电池的脉冲充电工艺，并经过上千次实验，不断调整充电的方式、频率、幅值、步骤，自行研制脉冲充电机，投入了大量的人力、物力，实验表明：充电频率大高、采用正负脉冲，将导致电池极板中间部位发白，化成不透，电池充电容量严重不足；充电幅值太低、采用负脉冲，将导致化成充电时间太长，不利于节约成本；电池不经过引导阶段直接充电，将缩短电池的循环寿命；电池不采用最后的2.25V恒压浮充，将导致电池与电池之间电压差过大，不均匀。正是通过申请人的不断总结经验教训，才最终摸索得出本发明的工艺方法。本发明与普通内化成方法相比，低频率正脉冲内化成方法可以缩短时间约60个小时，即2.5天，可以大幅缩短电池的生产周期，提高生产速度，减少场地占用，节约生产成本。
附图说明
图1为NM450Ah电池第一阶段化成恒流充电图；
图2为NM450Ah电池第二阶段低频率脉冲化成电流波形图；
图3为NM450Ah电池第三阶段低频率脉冲化成电流波形图；
图4为NM450Ah电池第四阶段低频率脉冲化成电流波形图；
图5为NM450Ah电池第五阶段恒压浮充图。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1：下面以电力机车铁路电池常用的NM450电池为例，进一步说明本发明的低频率正脉冲化成充电方法具体实施方式。
将96只用生极板装配好的NM450电池放在水槽中，灌入1.23g/cm3的硫酸，单格灌酸量为7500ml，灌酸2h后接通电源开始化成。脉冲内化成分五个阶段进行：
第一阶段为内化成引导阶段，采用0.1C恒流充电3h。
第二阶段为低频率正脉冲化成，脉冲频率为0.1Hz，正脉冲的幅值为0.4C，脉冲的时间为7s，间歇时间为3s，共进行26h。静置20～30min，再以0.3C放电1h。
第三阶段低频率正脉冲化成，脉冲频率为0.1Hz，正脉冲的幅值为0.3C，正脉冲的时间为8s，间歇时间为2s，共进行18小时；静置2h，再以0.1C放电10h。
第四阶段采用低频率正脉冲化成充电，脉冲频率为0.1Hz，正脉冲的幅值为0.2C，正脉冲的时间为7s，间歇时间为3s，共进行6小时。
第五阶段为内化成结束阶段，采用2.25V恒压浮充3h。
化成时的具体参数如附图所示，化成所用的仪器为300V200A的大功率脉冲充放电机。
化成结束后，任意抽取其中8只电池放在25℃的环境中，以90A放电至电池的终止电压1.8V，放电时间均在5.5h以上，且容量一致性较好。
表1电池的5h率放电容量
| 电池编号 | 放电时间(h) | 放电容量(Ah) | 电池编号 | 放电时间(h) | 放电容量(Ah) |
| 1 | 5.70 | 513.0 | 5 | 5.71 | 513.9 |
| 2 | 5.69 | 512.1 | 6 | 5.70 | 513.0 |
| 3 | 5.71 | 513.9 | 7 | 5.69 | 512.1 |
| 4 | 5.69 | 512.1 | 8 | 5.70 | 513.0 |
任意抽取8只化成后的电池放在25℃的环境中，以2100A放电80s，接着用恒压2.4V限流80A充电1h，这样构成一次循环，每100次循环为一个单元，每个单元结束后进行一次容量测试，当电池容量达到0.85C5结束实验。循环寿命测试表明，三只电池的循环次数分别达到10个单元以上，符合铁路电池标准。
对比例1普通内化成工艺如下：
将NM450电池的低频率正脉冲内化成工艺与普通内化成工艺对比，可以看出，在保证电池质量的前提下，可以节约内化成时间62.5h，约2.6天。也就是说，可以将整个电池的生产周期缩短2.5天，生产效率大幅提高，生产成本明显下降，而且解决了电池内化成场地占用面积大的问题。
实施例2：为进一步说明本发明工艺，下面结合2V170Ah进行举例说明：
经检测，电池性能均达到国家标准，比普通内化成工艺缩短了64.5h.
实施例3：为进一步说明本发明工艺，下面结合2V800Ah进行举例说明：
经检测，电池性能均达到国家标准，比普通内化成工艺缩短了57.5h.
Claims (2)
1.一种大密铅酸蓄电池脉冲内化成方法，其特征在于，低频率正脉冲内化成过程分为五个阶段：
第一阶段为内化成引导阶段，采用0.05C～0.15C恒流充电1～5h；
第二阶段采用低频率正脉冲化成，脉冲的频率为0.07～0.12Hz，正脉冲的幅值为0.3C～0.4C，脉冲的时间为6～8s，间歇时间为2～4s，共进行26～28小时；第二阶段结束后，静置0.3～0.6h，再以0.25C～0.35C放电0.5h～1.5h；
第三阶段采用低频率正脉冲化成，脉冲频率为0.07～0.12Hz，正脉冲的幅值为0.2C～0.3C，正脉冲的时间为6～8s，间歇时间为2～4s，共进行16～18小时；第三阶段结束后，静置1.5～2.5h，再以0.15～0.25C放电9～12h；
第四阶段采用低频率正脉冲化成充电，脉冲频率为0.07～0.12Hz，正脉冲的幅值为0.1C～0.2C，正脉冲的时间为6～8s，间歇时间为2～4s，共进行6～8小时；以上C代表电池额定容量；
第五阶段为内化成结束阶段，采用2.20～2.30V恒压浮充2～5h。
2.根据权利要求1所述的一种大密铅酸蓄电池脉冲内化成方法，其特征在于，第二至第四阶段中的脉冲频率为1Hz。
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