CN105186055A - 一种铅酸蓄电池内化成充电方法 - Google Patents

一种铅酸蓄电池内化成充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池内化成充电方法，依次进行下列步骤：步骤(a)：以0.03C2～0.06C2充电0.2-0.5小时；再以0.12C2～0.16C2充电0.2-0.5小时；步骤(b)：降极循环充放：经过四次充放循环后转入步骤(c)；步骤(c)：以0.23C2～0.27C2充电7-9小时；以0.18C2～0.22C2充电1-3小时；以0.08C2～0.12C2充电5-7小时；完成内化成充电。本发明方法在充电过程中控制温度，避免铅酸蓄电池温度过高造成微短路；内化成时间短，充电电流小，能耗小；充电过程中极板上的活性物质的晶体结构不易受到损害，循环使用寿命高于槽化成铅酸蓄电池及国标要求。

Description

一种铅酸蓄电池内化成充电方法
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池，具体涉及一种铅酸蓄电池内化成充电方法。
背景技术
铅酸蓄电池内化成和外化成(槽化成)相比，有着许多优点，其工艺流程简化了极板水洗、干燥和铅酸蓄电池补充电以及槽式化成的装片、焊接、取片等工序。节省了大量的能源(纯水、酸和电等能源)、工时，占地面积小，不用购置化成槽设备和防酸雾设备，铅酸蓄电池成本能得到一定的降低。极板不易为杂质所污染，能降低铅酸蓄电池自放电，提高铅酸蓄电池的一致性，延长了铅酸蓄电池寿命。并且，铅酸蓄电池内化成减少废水废气的排放，从而减少了对环境污染，因此，铅酸蓄电池内化成值得大量推广。
现有的内化成充电方法较多，如公开号为CN101853968A的中国专利文献公开了一种备用铅酸蓄电池内化成充电方法，内化成充电总量为铅酸蓄电池额定容量的5～7倍，总充电时间为95～105小时，期间经过2次放电、6次充电和1次静置，其中最大充电电流0.15C10，最小充电电流0.03C10。
公开号为CN104577217A的中国专利文献公开了一种储能用铅酸蓄电池内化成工艺；它包括以下步骤：S1：将铅酸蓄电池加酸后静置1～2h；S2：对铅酸蓄电池以0.15～0.30C的电流恒流充电14.0h；S3：对铅酸蓄电池以0.12～0.24C的电流恒流放电1.5h；S4：对铅酸蓄电池以0.15～0.30C的电流恒流充电4.0h；S5：对铅酸蓄电池以0.12～0.24C的电流恒流放电2.0h；S6：对铅酸蓄电池以0.15～0.30C的电流恒流充电9.5h；S7：对铅酸蓄电池以0.12～0.24C的电流恒流放电3.0h；S8：对铅酸蓄电池以0.15～0.30C的电流恒流充电11.0h。该方法的充电电流大，充电时间长，容易对铅酸蓄电池产生损害。
现有的铅酸蓄电池内化成充电方法的充电时间大多在92-120小时，充电时间太长，内化成效率低；铅酸蓄电池初期容量及循环使用寿命不高，严重制约了企业的生产能力。
发明内容
本发明提供了一种可缩短铅酸蓄电池充电时间、提高内化成充电效率的铅酸蓄电池内化成充电方法，能有效解决铅酸蓄电池的初期容量小、循环使用寿命低等问题。
一种铅酸蓄电池内化成充电方法，依次进行下列步骤：
步骤(a)：预充电：以0.03C2～0.06C2充电0.2-0.5小时；再以0.12C2～0.16C2充电0.2-0.5小时；
步骤(b)：降极循环充放：一次充电和一次放电为一个充放循环，各充放循环中，充电量大于放电量；经过四次充放循环后转入步骤(c)；
步骤(c)：梯度降流充电：以0.23C2～0.27C2充电7-9小时；以0.18C2～0.22C2充电1-3小时；以0.08C2～0.12C2充电5-7小时；完成内化成充电。
本发明提供的铅酸蓄电池内化成充电方法包括多个充放电阶段，期间包括4次放电降低极化处理，其中最大充电电流0.23C2-0.27C2，最小充电电流0.03C2～0.06C2。本发明方法的充电电流较小，充电过程中的充放循环频率及强度设计合理，可有效减少浓差极化现象，减少极板上的活性物质的晶体结构的损害，可延长铅酸蓄电池的循环使用寿命。本发明的铅酸蓄电池的循环寿命符合GB/T22199-2008，且内化成时间短。
本技术方案中，C2指2小时率额定容量对应电流。如0.03-0.06C2指0.03-0.06倍的2小时率额定容量对应电流。
铅酸蓄电池在电流流过时，正负极均进行着化学反应，反应物的消耗使得正负极板表面及附近的离子浓度和原来溶液中的浓度有所不同，由此引起的电位差的现象成为浓差极化。浓差极化极大地阻碍了铅酸蓄电池的充电。
内化成过程中，电流的大小对于化成效率、化成成本及极板的化成质量都有较大的影响。如果电流偏大时，则会导致电极的极化增大，电压上升过高，气体析出过快，一方面可能造成极板活性物质变得疏松或者脱落，另一方面会降低电流效率，使耗能增加，同时，电解液的温升也会变快。成电流偏小时，电流密度降低，化成充电电量不足，会导致极板化成不充分。
本技术方案中，步骤(a)中，在0.03C2～0.06C2的起始电流下，有利于极板表面形成均匀致密的界面结构和正极活性物质，从而使铅酸蓄电池在放电过程中，极板的软化速度大幅放缓。
步骤(b)中，经过多次降极循环充放，充分降低甚至消除电化成过程中铅酸蓄电池的极化。
作为优选，步骤(b)中，按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以0.22C2～0.27C2充电9-11小时：再以0.08C2～0.12C2放电0.5-1.5小时；
第二循环充放：以0.22C2～0.27C2充电6-8小时；再以0.4C2～0.6C2放电0.5-1.5小时；
第三循环充放：以0.22C2～0.27C2充电6-8小时；再以0.4C2～0.6C2放电0.1-0.3小时；
第四循环充放：以0.22C2～0.27C2充电5-7小时：再以0.4C2～0.6C2放电1-3小时；充电完成后转入步骤(c)。
步骤(b)中，充放电过程循环交替进行，以0.22C2～0.27C2的较大电流充到一定电压(接近铅酸蓄电池出气点的电压)时，然后开始放电，且随充人电量的增加而渐渐递增循环放电强度。本技术方案中，充放电电流设计合理，且放电电量小于充电电量，能充分控制甚至消除铅酸蓄电池充电过程中产生的极化，且能缩短电化成充电时间，能较大程度降低电化成充电过程中的析气，提高铅酸蓄电池的循环寿命。
为了确保铅酸蓄电池的质量，需对内化成充电完成的铅酸蓄电池进行在线全检分类，保证铅酸蓄电池的实际使用效果，作为优选，还包括以下步骤：
步骤(d)：容量检查：步骤(c)充电完成后，再以0.5C2容量检查放电2小时；
步骤(e)：补充电：以0.22C2～0.27C2充电2-3小时；以0.18C2～0.22C2充电3-4小时；以0.08C2～0.12C2充电8-9小时。
作为优选，所述的铅酸蓄电池为电动助力车用铅酸蓄电池。
作为优选，铅酸蓄电池在经过真空灌酸后，在1-15min内置于循环水浴槽中，循环水浴降温，当铅酸蓄电池温度降至20-40℃时，开启充电机进行步骤(a)-步骤(g)。
作为优选，铅酸蓄电池中，硫酸电解液的密度为1.24-1.26g/cm3。
铅酸蓄电池硫酸电解液浓度大，硫酸铅在未化成极板中的生产量增大，导电不良的硫酸铅增加，会导致相对通电量减少，从而降低化成效率。
作为优选，循环水浴槽中，水浴温度为30-40℃。
作为优选，在内化成充电过程中，铅酸蓄电池内部温度低于50℃。
高温容易使负极板的添加剂降解，正极板疏松，活性物质粒径变大，反应面积减少，影响铅酸蓄电池容量、寿命。在温度小于50℃可延长铅酸蓄电池使用寿命；当温度大50℃时，铅酸蓄电池的使用寿命会降低。通过内化成水浴槽中水的循环换热，降低内化成充电过程中，铅酸蓄电池内部的温度，避免充电过程中过热导致铅酸蓄电池使用寿命的下降。
作为优选，在内化成充电过程中，充电电流波动控制在±0.01A，放电电流波动控制在±0.01A。
作为优选，内化成充电量为铅酸蓄电池额定容量的7～9倍。
作为优选，内化成充电的总时间为50～55小时。
作为优选，容量检测和补充电时间为15～20小时。
作为优选，一种铅酸蓄电池内化成充电方法，依次进行下列步骤：
步骤(a)：预充电：以0.05C2充电0.2小时；再以0.15C2充电0.2小时；
步骤(b)：按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以0.25C2充电10小时：再以0.1C2放电1小时；
第二循环充放：以0.25C2充电7小时；再以0.5C2放电1小时；
第三循环充放：以0.25C2充电7小时；再以0.5C2放电0.1小时；
第四循环充放：以0.25C2充电6小时：再以0.5C2放电2小时；
步骤(c)：梯度降流充电：以0.25C2充电8小时；以0.2C2充电2小时；以0.1C2充电6小时；
步骤(d)：容量检查：步骤(c)充电完成后，再以0.5C2容量检查放电2小时；
步骤(e)：补充电：以0.25C2充电2小时；以0.2C2充电3小时；以0.1C2充电8小时。
该优选充电方案中，充电电流及充电时间设计合理，既减少了充电过程中用于电解水的电量，又降低了铅酸蓄电池单片极板对电量的消耗，降低了能耗，有助于提高铅酸蓄电池的循环使用寿命。
本发明方法在充电过程中控制温度，避免铅酸蓄电池温度过高造成微短路；内化成时间短，充电电流小，能耗小；充电过程中极板上的活性物质的晶体结构不易受到损害，循环使用寿命高于槽化成铅酸蓄电池及国标要求。
具体实施方式
以下实施例按上述操作方法实施：
实施例1
以12V12Ah铅酸蓄电池为例，将真空灌酸完毕的铅酸蓄电池在1-5min内置于循环水浴槽中，待铅酸蓄电池在水浴中保持20min且内部温度不高于40℃时，将铅酸蓄电池放置到化成充电水槽中，同时连接好充电线，开启充电机依次按以下方式进行充电：
步骤(a)：预充电：以0.4A充电0.25小时；再以1.5A充电0.25小时；
步骤(b)：降极循环充放：铅酸蓄电池按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以3A充电10小时：再以1A放电1小时；
第二循环充放：以3A充电7小时；再以4.8A放电1小时；
第三循环充放：以3A充电7小时；再以4.8A放电0.1小时；
第四循环充放：以3A充电6小时：再以5A放电2小时；充电完成后转入步骤(c)。
步骤(c)：梯度降流充电：以3A充电8小时；以2.4A充电2小时；以1.2A充电6小时；
步骤(d)：容量检查：以6A容量检查放电2小时；
步骤(e)：补充电：以3A充电2小时；以2.5A充电3小时；以1A充电9小时；完成铅酸蓄电池补充电。
在铅酸蓄电池内化成充放电过程中，充电电流波动控制在±0.01A，放电电流波动控制在±0.01A；充放电过程中通过水浴对铅酸蓄电池进行降温，水浴的温度为30-40℃，通过水浴控制铅酸蓄电池内部温度为40-50℃。
铅酸蓄电池补充电完成后，静置24h，开路电压在13.18V-13.23V，试验室循环寿命检测(方法：6A放电至10.5V，再以恒压14.8V限流10A充电3h，组成一次循环)第一次放电时间在126min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是135min；循环200次，放电时间是130min；循环300次，放电时间是128min；循环400次，放电时间是120min；完全满足市场质保一年要求。
实施例2
以12V12Ah铅酸蓄电池为例，将真空灌酸完毕的铅酸蓄电池在5-10min内置于循环水浴槽中，待铅酸蓄电池在水浴中保持20min且内部温度不高于35℃时，将铅酸蓄电池放置到化成充电水槽中，同时连接好充电线，开启充电机依次按以下方式进行充电：
步骤(a)：预充电：以0.6A充电0.2小时；再以1.8A充电0.2小时；
步骤(b)：按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以3A充电10小时：再以1.2A放电1小时；
第二循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电1小时；
第三循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电0.1小时；
第四循环充放：以3A充电6小时：再以6A放电2小时；
步骤(c)：梯度降流充电：以3A充电8小时；以2.4A充电2小时；以1.2A充电6小时；
步骤(d)：容量检查：步骤(c)充电完成后，再以6A容量检查放电2小时；
步骤(e)：补充电：以3A充电2小时；以2.4A充电3小时；以1.2A充电8小时。
在铅酸蓄电池内化成充放电过程中，充电电流波动控制在±0.01A，放电电流波动控制在±0.01A；充放电过程中通过水浴对铅酸蓄电池进行降温，水浴的温度为30-40℃，通过水浴控制铅酸蓄电池内部温度为30-40℃。
铅酸蓄电池补充电完成后，静置24h，开路电压在13.28V-13.33V，试验室循环寿命检测(方法：6A放电至10.5V，再以恒压14.8V限流10A充电3h，组成一次循环)第一次放电时间在130min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是140min；循环200次，放电时间是135min；循环300次，放电时间是132min；循环400次，放电时间是125min；循环500次，放电时间是120min；完全满足市场质保一年要求。
实施例3
以12V12Ah铅酸蓄电池为例，将真空灌酸完毕的铅酸蓄电池在1-10min内置于循环水浴槽中，待铅酸蓄电池在水浴中保持20min且内部温度不高于35℃时，将铅酸蓄电池放置到化成充电水槽中，同时连接好充电线，开启充电机依次按以下方式进行充电：
步骤(a)：预充电：以0.6A充电0.5小时；再以1.8A充电0.5小时；
步骤(b)：按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以3.2A充电9小时：再以1.4A放电1.5小时；
第二循环充放：以3.2A充电6小时；再以7A放电1.5小时；
第三循环充放：以3.2A充电6小时；再以7A放电0.3小时；
第四循环充放：以3.2A充电5小时：再以7A放电1小时；
步骤(c)：梯度降流充电：以3.2A充电9小时；以2.6A充电3小时；以1.4A充电7小时；
步骤(d)：容量检查：步骤(c)充电完成后，再以6A容量检查放电2小时；
步骤(e)：补充电：以3.2A充电2小时；以2.6A充电3小时；以1.4A充电9小时。
在铅酸蓄电池内化成充放电过程中，充电电流波动控制在±0.01A，放电电流波动控制在±0.01A；充放电过程中通过水浴对铅酸蓄电池进行降温，水浴的温度为30-40℃，通过水浴控制铅酸蓄电池内部温度为30-40℃。
铅酸蓄电池补充电完成后，静置24h，开路电压在13.08V-13.13V，试验室循环寿命检测(方法：6A放电至10.5V，再以恒压14.8V限流10A充电3h，组成一次循环)第一次放电时间在125min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是132min；循环200次，放电时间是130min；循环300次，放电时间是126min；循环400次，放电时间是120min；完全满足市场质保一年要求。
实施例4
以12V12Ah铅酸蓄电池为例，将真空灌酸完毕的铅酸蓄电池在1-10min内置于循环水浴槽中，待铅酸蓄电池在水浴中保持20min且内部温度不高于35℃时，将铅酸蓄电池放置到化成充电水槽中，同时连接好充电线，开启充电机依次按以下方式进行充电：
步骤(a)：预充电：以0.6A充电0.5小时；再以1.8A充电0.5小时；
步骤(b)：按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以3.2A充电9小时：再以1.4A放电1.5小时；
第二循环充放：以3.2A充电6小时；再以7A放电1.5小时；
第三循环充放：以3.2A充电6小时；再以7A放电0.3小时；
第四循环充放：以3.2A充电5小时：再以7A放电1小时；
步骤(c)：梯度降流充电：以3.2A充电9小时；以2.6A充电3小时；以1.4A充电7小时，完成内化成充电。
在铅酸蓄电池内化成充放电过程中，充电电流波动控制在±0.01A，放电电流波动控制在±0.01A；充放电过程中通过水浴对铅酸蓄电池进行降温，水浴的温度为30-40℃，通过水浴控制铅酸蓄电池内部温度为30-40℃。
铅酸蓄电池补充电完成后，静置24h，开路电压在12.58V-12.73V，试验室循环寿命检测(方法：6A放电至10.5V，再以恒压14.8V限流10A充电3h，组成一次循环)第一次放电时间在120min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是125min；循环200次，放电时间是122min；循环300次，放电时间是120min；和实施例3相比，未经过步骤(d)容量检查和步骤(e)的补充电，铅酸蓄电池的循环使用寿命有所下降。
对比例1
和实施例1相比，不同之处在于，步骤(a)：预充电：以1A充电0.2小时；再以2A充电0.2小时；其他充电程序和实施例1相同。充电完成后，第一次放电时间在120min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是125min；循环200次，放电时间是120min；循环300次，放电时间是115min。和实施例1相比，增加预充电的电流，会缩短铅酸蓄电池的循环寿命。
对比例2
和实施例1相比，不同之处在于，步骤(b)中，按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以3A充电10小时：再以1.2A放电0.3小时；
第二循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电0.3小时；
第三循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电0.1小时；
第四循环充放：以3A充电6小时：再以6A放电0.3小时；
其他充电程序和实施例1相同。充电完成后，第一次放电时间在120min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是115min。和实施例1相比，降低降极充放循环中的放电程度，会缩短铅酸蓄电池的循环寿命。
对比例3
和实施例1相比，不同之处在于，步骤(b)中，按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以3A充电10小时：再以1.2A放电1小时；
第二循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电1小时；
第三循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电0.1小时；
第四循环充放：以3A充电6小时：再以6A放电2小时；
第五循环充放：以3A充电6小时：再以6A放电1小时；
其他充电程序和实施例1相同。充电完成后，第一次放电时间在125min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是135min；循环200次，放电时间是131min；循环300次，放电时间是126min；循环400次，放电时间是120min。和实施例1相比，增加第五循环充放并不会明显增加铅酸蓄电池的循环寿命。
对比例4
和实施例1相比，不同之处在于，步骤(b)中，按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以3A充电10小时：再以1.2A放电1小时；
第二循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电1小时；
第三循环充放：以3A充电7小时；再以6A放电0.1小时；
其他充电程序和实施例1相同。充电完成后，第一次放电时间在120min，满足GB/T22199-2008要求(不低于120min)；循环100次，放电时间是125min；循环200次，放电时间是120min。和实施例1相比，减少一次循环充放会降低铅酸蓄电池的循环寿命。

Claims (10)

1.一种铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，依次进行下列步骤：
步骤(a)：预充电：以0.03C2～0.06C2充电0.2-0.5小时；再以0.12C2～0.16C2充电0.2-0.5小时；
步骤(b)：降极循环充放：一次充电和一次放电为一个充放循环，各充放循环中，充电量大于放电量；经过四次充放循环后转入步骤(c)；
步骤(c)：梯度降流充电：以0.23C2～0.27C2充电7-9小时；以0.18C2～0.22C2充电1-3小时；以0.08C2～0.12C2充电5-7小时；完成内化成充电。
2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，
步骤(b)中，按以下方式进行降极循环充放：
第一循环充放：以0.22C2～0.27C2充电9-11小时：再以0.08C2～0.12C2放电0.5-1.5小时；
第二循环充放：以0.22C2～0.27C2充电6-8小时；再以0.4C2～0.6C2放电0.5-1.5小时；
第三循环充放：以0.22C2～0.27C2充电6-8小时；再以0.4C2～0.6C2放电0.1-0.3小时；
第四循环充放：以0.22C2～0.27C2充电5-7小时：再以0.4C2～0.6C2放电1-3小时；充电完成后转入步骤(c)。
3.如权利要求2所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤(d)：容量检查：步骤(c)充电完成后，再以0.5C2容量检查放电2小时；
步骤(e)：补充电：以0.22C2～0.27C2充电2-3小时；以0.18C2～0.22C2充电3-4小时；以0.08C2～0.12C2充电8-9小时。
4.如权利要求3所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，所述的铅酸蓄电池为电动助力车用铅酸蓄电池。
5.如权利要求3所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，铅酸蓄电池在经过真空灌酸后，在1-15min内置于循环水浴槽中，循环水浴降温，当铅酸蓄电池温度降至20-40℃时，开启充电机进行步骤(a)-步骤(g)。
6.如权利要求5所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，铅酸蓄电池中，硫酸电解液的密度为1.24-1.26g/cm3。
7.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，在内化成充电过程中，铅酸蓄电池内部温度低于50℃。
8.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，在内化成充电过程中，充电电流波动控制在±0.01A，放电电流波动控制在±0.01A。
9.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，内化成充电量为铅酸蓄电池额定容量的7～9倍。
10.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成充电方法，其特征在于，内化成充电的总时间为50～55小时。
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