CN103633388A - 一种内化成铅酸蓄电池的化成制式 - Google Patents

一种内化成铅酸蓄电池的化成制式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内化成铅酸蓄电池的化成制式，在蓄电池中加入硫酸后静置2小时，启动充电，依次包括以下步骤：首次化成阶段、首次放电阶段、二次充电阶段、二次放电阶段、补充电阶段、配组放电阶段、模拟车载充电器充电等步骤，还可以包括抽酸阶段和检查漏酸阶段。本发明通过采取多步法间歇化成加恒压充电化成的方式，多步间歇充电更加有利于活性物质的转化、提高充电接受能力和减少析气量，恒压充电可提高电池的均匀一致性，制定合理的化成制式，将具有良好的应用前景。

Description

一种内化成铅酸蓄电池的化成制式
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种内化成铅酸蓄电池的化成制式。 
背景技术
铅酸蓄电池作为一类“资源循环型”能源产品，近十年来产业得到蓬勃发展，我国是国际上的生产与使用大国，如何加快蓄电池行业结构的优化调整，在行业范围内推行清洁生产技术，提高铅酸蓄电池的工艺技术水平，过程优化控制水平和资源、能源利用效率，减少污染的生产和排放，已势在必行。 
企业在实施清洁生产的过程中，可减少能源和原材料的使用，采用高效的生产技术和工艺，减少污染物的产生，提高产品质量，树立良好的企业形象等方面使企业的利益最大化，从而使环境效益和企业经济效益得到统一。电池化成和槽化成相比，有着许多优点，其工艺流程简化了槽式化成的插片、焊接、取片、极板水洗、干燥等工序。节省了大量工时和能源，极大地避免了污水排放，内化成技术是电池制造过程中节能减排的重中之重，可不用购置化成槽设备和防酸雾设备，电池成本能得到一定的降低。并且，极板不易为杂质所污染，能降低电池自放电，电池质量也可得到更好的控制。 
内化成铅酸电池的化成制式尤为关键，电池在充电化成的工艺过程中，受诸多条件影响或限制，导致其化成效率、组合一致性较差，因此内化成技术未能得到普遍应用。 
申请号为200910075758.0的中国专利公开了一种阀控铅酸蓄电池内化成的方法，用于解决型号为12V/7Ah阀控铅酸蓄电池内化成耗时长、生产周期长的 问题。所述方法按照下述步骤进行：a.一次充电：充电时间为7.5h，电流1.7～1.9A；b.一次放电：放电时间为1h，电流1.36～1.52A；c.二次充电：充电时间为5h，电流1.7～1.9A；d.二次放电：放电时间为2h，电流1.36～1.52A；e.三次充电：充电时间为6h，电流1.7～1.9A。该发明中是在额定功率设定不变的情况下测得，该发明调整了电流强度与化成时间的配比，控制过程水温，目的是为了缩短化成时间，节约能耗，提高生产率。现有的一些新型技术着重研究点也多是为了缩短化成时间，而其实化成过程中如何提高活性物质的转化，提高充电接受能力和减少析气量，提高电池的均匀一致性也很重要，将成为内化成铅酸蓄电池的化成制式的新的研究方向。Ah表示安培时，是反映电池容量大小的指标。简单举例，1Ah表示该蓄电设备在供电电流强度为1A时能持续工作1小时。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种内化成铅酸蓄电池的化成制式，通过采取多步法间歇化成加恒压充电化成的方式，多步间歇充电更加有利于活性物质的转化、提高充电接受能力和减少析气量，恒压充电可提高电池的均匀一致性，制定合理的化成制式。 
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种内化成铅酸蓄电池的化成制式，在蓄电池中加入硫酸后静置2小时，启动充电，以下所述电流值均为2小时率的额定电流值，依次包括以下步骤： 
步骤一：首次化成阶段，包括： 
1）以0.05I2(A)～0.1I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在0.5h～3h； 
2）以0.4I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在12h～18h； 
3）静置1h～3h； 
4）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在7h～13h； 
5）静置0.5h～3h； 
6）以14.7V～15.5V内的恒定电压，对应充电时间为3h～7h，且对应于所述的恒定电压值，所述蓄电池电流限制在0.1I2(A)～0.3I2(A)； 
7）静置0.5h～3h； 
步骤一主要是电池首次化成阶段，首次充电模式为多步法间歇化成加恒压充电化成的方式，该方案采用多步间歇充电更加有利于活性物质的转化、提高充电接受能力和减少析气量，恒压充电可提高电池的均匀一致性。首次设定充入电量约为额定容量的6倍，在充电前期采用恒电流充电确保电池正极板活性物质快速转化成PbO2，充电末期采用恒压限流充电保证化成更均匀，提高电池的一致性。 
步骤二：首次放电阶段，包括： 
8）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～11.0V； 
9）以0.2I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.0V～10.5V； 
步骤二为首次放电，目的是为了产生更多的硫酸铅，在再次充电时可利于活性物质的深度转化，得到更多的PbO2，提高成效率。该步骤采取深放电的方式，目的是为了得到更多的PbSO4，以便于下次充电时生成更多的PbO2。正极活性物质在放电状态下，与电解质中的硫酸发生反应生成硫酸铅与水，其反应式如下：PbO2+3H++HSO4 -+2e==PbSO4+2H2O，充电时，在外线路的作用下转化为PbO2与H2SO4，放电时，二氧化铅的Pb4+接受了负极送来的电子形成Pb2+与溶液中的硫酸根离子结合生成PbSO4。当硫酸铅达到一定量时，变成沉淀物附着在极板上。 
步骤三：二次充电阶段，包括： 
10）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在7h～13h； 
11）静置0.5～3h； 
12）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～10h； 
13）静置0.5～3h； 
14）以16.0V的恒定电压充电3h～7h，且蓄电池电流限制在0.3I2(A)； 
15）静置0.5～3h； 
步骤三是二次充电阶段，确保电池活性物质的充分转换。二次充电化成是将放电后产生的PbSO4，再次转化为更多的PbO2，充电时硫酸铅中的铅离子的电子被外线路带走转化为二氧化铅。将水中氢离子留在溶液中，氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格，形成良好的正极活性物质。以保证化成更均匀、熟透，解决正极板的白花现象。得到更好的电容量，末期恒压限流充电是保证化成更均匀。 
步骤四：二次放电阶段，包括： 
16）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～11.0V； 
17）以0.2I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.0V～10.5V； 
步骤四为二次放电阶段，以保证电池不会大量过充。 
步骤五：补充电阶段，包括： 
18）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～7h； 
19）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在3h～5h； 
20）以15.0V的恒定电压充电2h～5h，且蓄电池电流限制在0.3I2(A)； 
步骤五是补充电阶段，充入电量是额定容量的1.6～1.7倍，主要是确保电池配组放电前的充入电量不过量，确保配组放电数据的真实性并提高电池的化成 一致性。 
步骤六：配组放电阶段，包括： 
21）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～10.8V； 
步骤六为配组放电阶段，要求负载电压在平均10.50V时测量并记录，作为电池配组的参数。 
步骤七：模拟车载充电器充电，包括： 
22）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～7h； 
23）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在2h～5h； 
24）以15.0V～16.0V内的恒定电压，对应充电时间为2h～5h，且对应于所述的恒定电压值，所述蓄电池电流限制在0.1I2(A)～0.3I2(A)； 
步骤七为电池的末次补充电阶段，该步骤模拟上车载充电器的充电参数，以贴近真实的使用条件，确保电池组的容量稳定性。 
还包括步骤八：抽酸阶段，包括： 
25）以14.7V～15.0V的恒定电压进行抽酸，且蓄电池电流对应地限制在0.1I2(A)～0.2I2(A)。 
步骤八为电池的恒压抽酸阶段，以达到电池的准贫液状态。 
还包括步骤九：检查漏酸阶段，包括： 
26）以0.1I2(A)～0.3I2(A)的恒定电流检查是否蓄电池漏酸，对应的充电时间为10分钟～30分钟。 
步骤九要求在充电后期检查有无漏酸的现象，可完全杜绝电池出厂后有漏液的现象发生。 
所用的具体符号含义如下： 
A指电流单位安培；h指时间单位小时；I2(A)指2小时率的额定电流值；2小时率指2小时充电或放电的额定电荷量。 
由于蓄电池的型号未作出设定，所以本发明中所述的额定电流值用I2(A)表示。 
本发明在电池首次化成和二次充电阶段都采取了多步法间歇化成加恒压充电化成的方式，多步间歇充电更加有利于活性物质的转化、提高充电接受能力和减少析气量，恒压充电可提高电池的均匀一致性，蓄电池在充电和放电时产生如下反应：
Figure BDA0000410829110000061
在充电时，在电能的作用下，PbSO4转化为PbO2、Pb和H2SO4，放电时，正极板接受了负极板送来的电子，铅离子由正4价变为正2价，与硫酸根接触生成难溶于水的硫酸铅，负极的铅由于输出2个电子，变成正2价，同样也生成PbSO4。蓄电池两极板上的活性物质完全恢复后，若再继续充电，则充电电流主要用于分解水。这种反应在充电初期很微弱，但当单体电池端电压达到2.3V后逐渐增强。负极板上有大量氢气冒出，正极板上有大量氧气冒出，水的分解不仅使电解液减少，而且浪费电能，同时激烈气泡的冲击能加速活性物质脱落，使蓄电池寿命缩短。因此，充电后期必须减小充电电流，减缓冒气的剧烈程度，以延长电池的寿命。本发明根据这个电化学反应的机理，制定合理的化成制式，具有良好的应用前景。 
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述： 
具体实施方式
本发明一种内化成铅酸蓄电池的化成制式实施例1，在蓄电池中加入硫酸后静置2h，其中硫酸密度为1.255g/cm3（25℃），启动充电，以下所述电流值均为2小时率的额定电流值，依次包括以下步骤： 
一种内化成铅酸蓄电池的化成制式，其特征在于：在蓄电池中加入硫酸后 静置2小时，启动充电，以下所述电流值均为2小时率的额定电流值，依次包括以下步骤： 
步骤一：首次化成阶段，包括： 
1）以0.05I2(A)～0.1I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在0.5h～3h； 
2）以0.4I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在12h～18h； 
3）静置1h～3h； 
4）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在7h～13h； 
5）静置0.5h～3h； 
6）以14.7V～15.5V内的恒定电压，对应充电时间为3h～7h，且对应于所述的恒定电压值，所述蓄电池电流限制在0.1I2(A)～0.3I2(A)； 
7）静置0.5h～3h； 
步骤一主要是电池首次化成阶段，首次充电模式采用多步法间歇化成，并且在充电后期采用恒压充电化成的方式。该方案采用多步间歇充电更加有利于活性物质的转化、提高充电接受能力和减少析气量，恒压充电可提高电池的均匀一致性。首次设定充入电量约为额定容量的6倍，前期恒电流充电是确保电池正极板活性物质快速转化成PbO2，末期恒压限流充电是保证化成更均匀，提高电池的一致性。 
步骤二：首次放电阶段，包括： 
8）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～11.0V； 
9）以0.2I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.0V～10.5V； 
步骤二为首次放电，目的是为了产生更多的硫酸铅，再充电时可利于活性 物质的深度转化，得到更多的PbO2，提高成效率。该步骤采取深放电的方式，目的是为了得到更多的PbSO4，以便于下次充电时生成更多的PbO2。正极活性物质在放电状态下，与电解质中的硫酸发生反应生成硫酸铅与水，其反应式如下：PbO2+3H++HSO4 -+2e==PbSO4+2H2O，充电时，在外线路的作用下转化为PbO2与H2SO4，放电时，二氧化铅的Pb4+接受了负极送来的电子形成Pb2+与溶液中的硫酸根离子结合生成PbSO4。当硫酸铅达到一定量时，变成沉淀物附着在极板上。 
步骤三：二次充电阶段，包括： 
10）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在7h～13h； 
11）静置0.5～3h； 
12）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～10h； 
13）静置0.5～3h； 
14）以16.0V的恒定电压充电3h～7h，且蓄电池电流限制在0.3I2(A)； 
15）静置0.5～3h； 
步骤三是再化成阶段，确保电池活性物质的充分转换。二次充电化成是将放电后产生的PbSO4，再次转化为更多的PbO2，充电时硫酸铅中的铅离子的电子被外线路带走转化为二氧化铅。将水中氢离子留在溶液中，氧离子与铅离子结合生成二氧化铅进入晶格，形成良好的正极活性物质。以保证化成更均匀、熟透，解决正极板的白花现象。得到更好的电容量，末期恒压限流充电是保证化成更均匀。 
步骤四：二次放电阶段，包括： 
16）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～11.0V； 
17）以0.2I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.0V～10.5V； 
步骤四为二次放电阶段，以保证电池不会大量过充。 
步骤五：补充电阶段，包括： 
18）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～7h； 
19）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在3h～5h； 
20）以15.0V的恒定电压充电2h～5h，且蓄电池电流限制在0.3I2(A)； 
步骤五是补充电阶段，充入电量是额定容量的1.6～1.7倍，主要是确保电池配组放电前的充入电量不过量，确保配组放电数据的真实性并提高电池的化成一致性。 
步骤六：配组放电阶段，包括： 
21）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～10.8V； 
步骤六为配组放电阶段，要求负载电压在平均10.50V时测量并记录，作为电池配组的参数。 
步骤七：模拟车载充电器充电，包括： 
22）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～7h； 
23）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在2h～5h； 
24）以15.0V～16.0V内的恒定电压，对应充电时间为2h～5h，且对应于所述的恒定电压值，所述蓄电池电流限制在0.1I2(A)～0.3I2(A)； 
步骤七为电池的末次补充电阶段，该步骤模拟上车载充电器的充电参数，以贴近真实的使用条件，确保电池组的容量稳定性。 
还包括步骤八：抽酸阶段，包括： 
25）以14.7V～15.0V的恒定电压进行抽酸，且蓄电池电流对应地限制在0.1I2(A)～0.2I2(A)。 
步骤八为电池的恒压抽酸阶段，以达到电池的准贫液状态。 
还包括步骤九：检查漏酸阶段，包括： 
26）以0.1I2(A)～0.3I2(A)的恒定电流检查是否蓄电池漏酸，对应的充电时间为10分钟～30分钟。 
步骤九该步骤要求在充电后期检查有无漏酸的现象，可完全杜绝电池出厂后有漏液的现象发生。 
本发明一种内化成铅酸蓄电池的化成制式实施例2，在蓄电池中加入硫酸后静置2h，其中硫酸密度为1.255g/cm3（25℃），启动充电，依次包括以下步骤： 
步骤一：首次化成阶段，包括： 
1）以0.07I2(A)的恒流电充电时间为1h； 
2）以0.4I2(A)的恒流电充电时间为18h； 
3）静置3h； 
4）以0.2I2(A)的恒流电充电时间为7h； 
5）静置3h； 
6）以14.7V的恒定电压充电3h，且限流在0.3I2(A)； 
7）静置2h； 
步骤二：首次放电阶段，包括： 
8）以恒定电流1.0I2(A)放电，直到电池电压为10.5V； 
9）以恒定电流0.5I2(A)放电，直到电池电压为10.0V； 
步骤三：二次充电阶段，包括： 
10）以0.3I2(A)的恒流电充电时间为13h； 
11）静置2h； 
12）以0.2I2(A)的恒流电充电时间为10h； 
13）静置2h； 
14）以16.0V的恒定电压充电3h，且限流在0.3I2(A)； 
15）静置2h； 
步骤四：二次放电阶段，包括： 
16）以恒定电流0.5I2(A)放电，直到电池电压为10.5V； 
17）以恒定电流0.5I2(A)放电，直到电池电压为10.0V； 
步骤五：补充电阶段，包括： 
18）以0.5I2(A)的恒流电充电时间为7h； 
19）以0.2I2(A)的恒流电充电时间为3h； 
20）以15.0V的恒定电压充电5h，且限流在0.3I2(A)； 
步骤六：配组放电阶段，包括： 
21）以恒定电流0.5I2(A)放电，直到电池电压为10.8V； 
步骤七：模拟车载充电器充电，包括： 
22）以0.3I2(A)的恒流电充电时间为7h； 
23）以0.2I2(A)的恒流电充电时间为5h； 
24）以16.0V的恒定电压充电2h，且限流在0.1I2(A)； 
步骤八：抽酸阶段，包括： 
25）以恒定电压15.0V且限流在0.2I2(A)时，进行抽酸； 
步骤九：检查漏酸阶段，包括： 
26）以恒定电流0.3I2(A)充电30分钟，检查是否漏酸。 
A指电流单位安培；h（hour）指时间单位小时；min(minute)指时间单位分 钟；s（second）指时间单位秒；I2(A)指2小时率的额定电流值；2小时率指2小时充电或放电的额定电荷量；g/cm3为浓度单位表示克每立方厘米；℃为温度单位摄氏度。 
性能检测：依据小型阀控密封式铅酸蓄电池技术条件的国家标准GB/T19639.1-2005检测数据如下表： 
  20小时率 7分钟率 27分钟率 充放循环
实施例1 30h43min 13min33s 38min15s 650次
实施例2 32h26min 13min57s 38min23s 705次
对比例 21h42min 9min35s 30min26s 350次
说明：其中对比例数据是申请号为200910075758.0的中国专利中实施例2的检测数据，通过上述数据可以看出，本发明的化成电池的性能指标均符合标准要求，并且明显高于现有技术的性能指标，可见化成效果明显优于现有技术。 
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。 

Claims (3)

1.一种内化成铅酸蓄电池的化成制式，其特征在于：在蓄电池中加入硫酸后静置2小时，启动充电，以下所述电流值均为2小时率的额定电流值，依次包括以下步骤： 
步骤一：首次化成阶段，包括： 
1）以0.05I2(A)～0.1I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在0.5h～3h； 
2）以0.4I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在12h～18h； 
3）静置1h～3h； 
4）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在7h～13h； 
5）静置0.5h～3h； 
6）以14.7V～15.5V内的恒定电压，对应充电时间为3h～7h，且对应于所述的恒定电压值，所述蓄电池电流限制在0.1I2(A)～0.3I2(A)； 
7）静置0.5h～3h； 
步骤二：首次放电阶段，包括： 
8）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～11.0V； 
9）以0.2I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.0V～10.5V； 
步骤三：二次充电阶段，包括： 
10）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在7h～13h； 
11）静置0.5～3h； 
12）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～10h； 
13）静置0.5～3h； 
14）以16.0V的恒定电压充电3h～7h，且蓄电池电流限制在0.3I2(A)； 
15）静置0.5～3h； 
步骤四：二次放电阶段，包括： 
16）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～11.0V； 
17）以0.2I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.0V～10.5V； 
步骤五：补充电阶段，包括： 
18）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～7h； 
19）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在3h～5h； 
20）以15.0V的恒定电压充电2h～5h，且蓄电池电流限制在0.3I2(A)； 
步骤六：配组放电阶段，包括： 
21）以0.5I2(A)～1.0I2(A)内的恒定电流放电至电池电压对应在10.5V～10.8V； 
步骤七：模拟车载充电器充电，包括： 
22）以0.3I2(A)～0.5I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在4h～7h； 
23）以0.2I2(A)～0.4I2(A)内的恒定电流充电所对应时间在2h～5h； 
24）以15.0V～16.0V内的恒定电压，对应充电时间为2h～5h，且对应于所述的恒定电压值，所述蓄电池电流限制在0.1I2(A)～0.3I2(A)。 
2.如权利要求1所述的一种内化成铅酸蓄电池的化成制式，其特征在于：还包括步骤八：抽酸阶段，包括： 
25）以14.7V～15.0V的恒定电压进行抽酸，且蓄电池电流对应地限制在0.1I2(A)～0.2I2(A)。 
3.如权利要求2所述的一种内化成铅酸蓄电池的化成制式，其特征在于：还包 括步骤九：检查漏酸阶段，包括： 
26）以0.1I2(A)～0.3I2(A)的恒定电流检查是否蓄电池漏酸，对应的充电时间为10分钟～30分钟。 
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