CN110797599A - 一种电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法 - Google Patents

一种电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法，分27个充放电阶段，期间包括8次放电和1次静置及1次容量检查配组，其中最大充电电流0.30C3‑0.35C3，最小充电电流0.05C3～0.1C3；铅酸蓄电池经过多次充放电，且每次充入的电量大于随后放出的电量。本发明方法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，从而延长铅酸蓄电池的循环使用寿命。根据GB/T32620.1‑2016规定测算，本发明方法的铅酸蓄电池的循环寿命大于400次，铅酸蓄电池初期容量不低于100％(以额定容量计)。

Description

一种电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法。
背景技术
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。
公开号为CN104134826A的中国专利文献公开了一种铅酸蓄电池八充七放内化成充电工艺，包括：步骤一：第一次充电：先以3.0A的电流对电池进行充电3h，然后以5.0A的电流对电池进行充电7.5h；步骤二：第一次放电：以6.0A的电流对电池进行放电0.5h；步骤三：第二次充电：以5.0A的电流对电池进行充电2.5h；步骤四：第二次放电：以6.0A的电流对电池进行放电1h；步骤五：第三次充电：以5.0A的电流对电池进行充电3h；步骤六：第三次放电：以8.0A的电流对电池进行放电1h；步骤七：第四次充电：以5.0A的电流对电池进行充电3.5h；步骤八：第四次放电：以8.0A的电流对电池进行放电1h；步骤九：第五次充电：以5.0A的电流对电池进行充电4h；步骤十：第五次放电：以8.0A的电流对电池进行放电1h15min；步骤十一：第六次充电：以5.0A的电流对电池进行充电4h；步骤十二：第六次放电：以8.0A的电流对电池进行放电1h15min；步骤十三：第七次充电：先以5.0A的电流对电池进行充电6h，再以3A的电流对电池进行充电4h；步骤十四：第七次放电：以10.0A的电流对电池进行放电1h50min；步骤十五：第八次充电：先以5.0A的电流对电池进行充电6h，然后以2.0A的电流对电池进行充电5.5h，再以1A的电流对电池进行充电3h，最后以0.2A的电流对电池放电2.5h；步骤十六：等待3h后，以0.4A的电流对电池进行抽酸，抽酸时间为5h。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；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电池充电时间、提高内化成充电效率的铅酸蓄电池内化成方法，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。
一种电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法，依次进行下列步骤：
步骤(a)：预充电：以0.06C3～0.15C3充电0.2～0.5小时；再以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
步骤(b)：梯度升流充电：0.09C3～0.15C3下充电0.2～0.5小时；0.1C3～0.2C3下充电2～3小时；0.15C3～0.2C3下充电3～4小时；再以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
步骤(c)：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；经过五次充放循环后转入步骤(d)；
步骤(d)：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；以0.15C3～0.2C3充电2～3小时；以0.1C3～0.15C3放电0.1～0.5小时；
步骤(e)：梯度降流充电：以0.15C3～0.2C3充电2～3小时；以0.1C3～0.15C3充电2～3小时；以0.05C3～0.1C3充电1～2小时；
步骤(f)：静置、容量检查：静置0.5～1.0小时；以0.3C3～0.35C3容量检查放电3～3.5小时；
步骤(g)：浮充电：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；以0.1C3～0.15C3充电3～4小时；以0.05C3～0.1C3充电2～3小时；完成电化成充电。
本发明提供的电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法分27个充放电阶段，期间包括8次放电和1次静置及1次容量检查配组，且每次充入的电量大于随后放出的电量，其中最大充电电流0.30C3-0.35C3，最小充电电流0.05C3～0.1C3。本发明方法的起始充电电流较大，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。根据GB/T32620.1-2016规定测算，本发明方法的铅酸蓄电池的循环寿命大于400次，铅酸蓄电池初期容量不低于100％(以额定容量计)。
本技术方案中，C3指3小时率额定容量对应电流。如0.06-0.15C3指0.06-0.15倍的3小时率额定容量对应电流。
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些不同，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蓄电池的充电。
化成工序中，化成电流是一个重要的工艺参数。化成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。如果化成电流偏大时，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。当化成电流偏小时，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0.06C3～0.15C3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，从而使电池在放电过程中，极板的软化速度大幅放缓。
步骤(b)中，电池经过梯度升流充电，增加了电池的可接受能力，同时可较大程度的降低较大电流对极板的伤害。经过梯度升流充电后，再进行步骤(c)的循环充放，充分降低甚至消除电化成过程中电池的极化。
作为优选，步骤(c)中，电池按以下方式进行循环充放：
第一循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时：再以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
第二循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；再以0.2C3～0.25C3放电0.5～1小时；
第三循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；再以0.2C3～0.25C3放电0.5～1小时；
第四循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时：再以0.3C3～0.35C3放电0.5～1小时；
第五循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；再以0.3C3～0.35C3放电1.5～2小时；充电完成后转入步骤(d)。
步骤(c)中，充放电过程循环交替进行，以0.15C3～0.2C3的较大电流充电4～5小时，待充到一定电压(接近蓄电池出气点的电压)时，然后开始放电，且随充入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。
循环充放结束后，电池的极化比较少，经过步骤(d)的两充一放后再进行步骤(e)的梯度降流充电。
随着充电的进行，过大的电流不仅起不到加快充电速率的作用，反而会引起水的电解，影响电池的寿命。步骤(e)的梯度降流充电可优先降低充电后期电流对电池的损伤。
经过梯度降流充电后，经过静置后再在0.3C3～0.35C3电流下进行容量判定(检测)3～3.5小时。
检查完成后进过浮充电，提高内化成的深度，充分激活电池潜能，延长电池使用寿命。
作为优选，所述的铅酸蓄电池为电动道路车辆用铅酸蓄电池。
作为优选，铅酸蓄电池中，硫酸电解液的浓度为1.15-1.25g/mL。
铅酸蓄电池硫酸电解液浓度的变大，电池的自放电现象会明显增强，板栅的腐烛程度也会加速，这就加快导致极板上活性物质二氧化铅的脱落。随着铅酸蓄电池内硫酸电解液浓度的增加，最终会引起电池使用循环次数的减少。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，铅酸蓄电池在经过真空灌酸后，在10-15min内置于水浴温度为20-40℃的循环水浴槽中，当电池内部温度降至20-40℃时，开启充电机进行步骤(a)-步骤(g)。
作为优选，在内化成充电过程中，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，影响电池容量、寿命。在温度小于50℃以下时，例如，当温度在8-36℃之间，温度增加1-2℃，铅酸蓄电池的使用时间就会延长8至10个使用周期；当温度在36-46℃之间时，温度增加1-2℃，铅酸蓄电池的使用时间延长30个使用周期；当温度大50℃时，会影响蓄电池的使用寿命。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。
上述充电电流及充电时间涉及合理，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。
一种铅酸蓄电池快速内化成充电方法，依次进行下列步骤：
(1)以0.06C3～0.15C3充电0.2～0.5小时；
(2)以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
(3)以0.09C3～0.15C3充电0.2～0.5小时；
(4)以0.1C3～0.2C3充电2～3小时；
(5)以0.15C3～0.2C3充电3～4小时；
(6)以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
(7)以0.15C3～0.2C3充电4～5小时：
(8)以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
(9)以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；
(10)以0.2C3～0.25C3放电0.5～1小时；
(11)以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；
(12)以0.2C3～0.25C3放电0.5～1小时；
(13)以0.15C3～0.2C3充电4～5小时：
(14)以0.3C3～0.35C3放电0.5～1小时；
(15)以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；
(16)以0.3C3～0.35C3放电1.5～2小时；
(17)以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；
(18)以0.15C3～0.2C3充电2～3小时；
(19)以0.1C3～0.15C3放电0.1～0.5小时；
(20)以0.15C3～0.2C3充电2～3小时；
(21)以0.1C3～0.15C3充电2～3小时；
(22)以0.05C3～0.1C3充电1～2小时；
(23)静置0.5～1.0小时；
(24)以0.3C3～0.35C3容量检查放电3～3.5小时；
(25)以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；
(26)以0.1C3～0.15C3充电3～4小时；
(27)以0.05C3～0.1C3充电2～3小时。
与现有技术相比，本方法从产品使用寿命要求出发，兼顾电池的初始容量要求，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；铅酸蓄电池初始容量不低于100％额定容量，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电池及国标要求。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。
实施例1
以6-EVF-100蓄电池为例，将真空灌酸完毕的铅酸蓄电池在10-15min内置于循环水浴槽中，同时连接好充电线路准备充电，当电池温度降至30-40℃时，开启充电机依次按以下方式进行充电：
步骤(a)：预充电：以0.06C3(6A；0.06×100)充电0.2小时；再以0.12C3放电0.05小时；
步骤(b)：梯度升流充电：0.09C3下充电0.2小时；0.1C3下充电2小时；0.15C3下充电3小时；再以0.12C3放电0.05小时；
步骤(c)：循环充放：第一循环充放：以0.15C3充电4小时：再以0.12C3放电0.05小时；
第二循环充放：以0.15C3充电4小时；再以0.2C3放电0.5小时；
第三循环充放：以0.15C3充电4小时；再以0.2C3放电0.5小时；
第四循环充放：以0.15C3充电4小时：再以0.3C3放电0.5小时；
第五循环充放：以0.15C3充电4小时；再以0.3C3放电1.5小时；充电完成后转入步骤(d)；
步骤(d)：以0.15C3充电4小时；以0.15C3充电2小时；以0.1C3放电0.1小时；
步骤(e)：梯度降流充电：以0.15C3充电2小时；以0.1C3充电2小时；以0.05C3充电1小时；
步骤(f)：静置、容量检查：静置0.5小时；以0.3C3容量检查放电3小时；
步骤(g)：浮充电：以0.15C3充电4小时；以0.1C3充电3小时；以0.05C3充电2小时；完成电池内化成充电。
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20-40℃，通过水浴控制铅酸蓄电池内部温度为40-55℃。
实施例2
和实施例1相同方式注酸水浴加热后，按如下充放电方式实施：
步骤(a)：预充电：以0.15C3充电0.5小时；再以0.15C3放电0.1小时；
步骤(b)：梯度升流充电：0.1C3下充电0.2小时；0.15C3下充电2小时；0.18C3下充电3小时；再以0.12C3放电0.05小时；
步骤(c)：循环充放：第一循环充放：以0.2C3充电5小时：再以0.15C3放电0.1小时；
第二循环充放：以0.2C3充电5小时；再以0.20C3放电1小时；
第三循环充放：以0.2C3充电5小时；再以0.25C3放电1小时；
第四循环充放：以0.2C3充电5小时：再以0.3C3放电1小时；
第五循环充放：以0.2C3充电5小时；再以0.32C3放电1.5小时；充电完成后转入步骤(d)。
步骤(d)：以0.2C3充电5小时；以0.2C3充电3小时；以0.15C3放电0.1小时；
步骤(e)：梯度降流充电：以0.2C3充电3小时；以0.15C3充电3小时；以0.1C3充电1小时；
步骤(f)：静置、容量检查：静置1.0小时；以0.35C3容量检查放电3小时；
步骤(g)：浮充电：以0.2C3充电4～5小时；以0.15C3充电4小时；以0.1C3充电3小时；完成电化成充电。
实施例3
和实施例1相同方式注酸水浴加热后，按如下充放电方式实施：
步骤(a)：预充电：以0.15C3充电0.5小时；再以0.12C3放电0.05小时；
步骤(b)：梯度升流充电：0.09C3下充电0.5小时；0.15C3下充电2小时；0.2C3下充电3小时；再以0.15C3放电0.05小时；
步骤(c)：循环充放：第一循环充放：以0.15C3充电4小时：再以0.15C3放电0.05小时；
第二循环充放：以0.2C3充电4小时；再以0.2C3放电0.5小时；
第三循环充放：以0.2C3充电4小时；再以0.25C3放电1小时；
第四循环充放：以0.2C3充电5小时：再以0.3C3放电0.5小时；
第五循环充放：以0.2C3充电4小时；再以0.35C3放电1.5小时；充电完成后转入步骤(d)。
步骤(d)：以0.15C3充电4小时；以0.15C3充电2小时；以0.1C3放电0.1小时；
步骤(e)：梯度降流充电：以0.2C3充电2小时；以0.1C3充电2小时；以0.05C3充电1小时；
步骤(f)：静置、容量检查：静置0.5小时；以0.3C3容量检查放电3小时；
步骤(g)：浮充电：以0.15C3充电4小时；以0.1C3充电3小时；以0.05C3充电2小时；完成电化成充电。
实施例4
和实施例1相同方式注酸水浴加热后，按如下充放电方式实施：
步骤(a)：预充电：以0.15C3充电0.5小时；再以0.15C3放电0.1小时；
步骤(b)：梯度升流充电：0.14C3下充电0.4小时；0.15C3下充电3小时；0.2C3下充电4小时；再以0.13C3放电0.1小时；
步骤(c)：循环充放：第一循环充放：以0.15C3充电4小时：再以0.15C3放电0.05小时；
第二循环充放：以0.2C3充电5小时；再以0.2C3放电0.5小时；
第三循环充放：以0.15C3充电4小时；再以0.21C3放电1小时；
第四循环充放：以0.2C3充电5小时：再以0.25C3放电0.5小时；
第五循环充放：以0.2C3充电4小时；再以0.35C3放电1.5小时；充电完成后转入步骤(d)。
步骤(d)：以0.15C3充电4小时；以0.15C3充电2小时；以0.1C3放电0.1小时；
步骤(e)：梯度降流充电：以0.2C3充电3小时；以0.1C3充电2小时；以0.05C3充电2小时；
步骤(f)：静置、容量检查：静置0.5小时；以0.3C3容量检查放电3小时；
步骤(g)：浮充电：以0.15C3充电4小时；以0.1C3充电3小时；以0.05C3充电2小时；完成电化成充电。
上述实施例1～4的内化成充电铅酸蓄电池的性能指标见下表：
表1内化成充电铅酸蓄电池的性能指标
Figure BDA0002234453950000111
通过表1可知，通过本发明方法内化成充放电的铅酸蓄电池的循环寿命和初始容量全面优于GB/T32620.1-2016标准要求。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种电动道路车辆用铅酸蓄电池内化成方法，其特征在于，依次进行下列步骤：
步骤(a)：预充电：以0.06C3～0.15C3充电0.2～0.5小时；再以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
步骤(b)：梯度升流充电：0.09C3～0.15C3下充电0.2～0.5小时；0.1C3～0.2C3下充电2～3小时；0.15C3～0.2C3下充电3～4小时；再以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
步骤(c)：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；经过五次充放循环后转入步骤(d)；
步骤(d)：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；以0.15C3～0.2C3充电2～3小时；以0.1C3～0.15C3放电0.1～0.5小时；
步骤(e)：梯度降流充电：以0.15C3～0.2C3充电2～3小时；以0.1C3～0.15C3充电2～3小时；以0.05C3～0.1C3充电1～2小时；
步骤(f)：静置、容量检查：静置0.5～1.0小时；以0.3C3～0.35C3容量检查放电3～3.5小时；
步骤(g)：浮充电：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；以0.1C3～0.15C3充电3～4小时；以0.05C3～0.1C3充电2～3小时；完成电化成充电。
2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成方法，其特征在于，所述步骤(c)中，电池按以下方式进行循环充放：
第一循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时：再以0.12C3～0.15C3放电0.05～0.1小时；
第二循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；再以0.2C3～0.25C3放电0.5～1小时；
第三循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；再以0.2C3～0.25C3放电0.5～1小时；
第四循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时：再以0.3C3～0.35C3放电0.5～1小时；
第五循环充放：以0.15C3～0.2C3充电4～5小时；再以0.3C3～0.35C3放电1.5～2小时；充电完成后转入步骤(d)。
3.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成方法，其特征在于，将铅酸蓄电池真空灌酸后，在10-15min内置于循环水浴槽中，当电池温度降至20-40℃时，开启充电机依次进行所述步骤(a)至所述步骤(g)。
4.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成方法，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55℃。
5.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成方法，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。
6.如权利要求1所述的铅酸蓄电池内化成方法，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。
7.如权利要求1-6任一项权利要求所述的铅酸蓄电池内化成方法，其特征在于，所述的铅酸蓄电池为电动道路车辆用铅酸蓄电池。
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