CN111812534A - 一种蓄电池寿命加速试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及寿命加速实验技术领域，特别是涉及一种蓄电池寿命加速试验方法。该试验方法包括：在25℃±0.5℃的恒温环境下，测试标称电压2V的蓄电池的放电量并记录；改变恒温条件，进行多次循环充放电实验；充放电实验完成后，重新置于步骤1的恒温环境中进行充放电实验，记录末次放出电量；基于首次放出电量和末次放出电量确定衰减值；基于衰减值确定寿命状态。本发明直接将蓄电池放入25℃±0.5℃的恒温水浴环境中进行实验，从而提高了试验结果的可比性和准确性；另外，本发明经过多次设定温度充放电实验，加速了电池衰减速度，显著提高了试验效率。

Description

一种蓄电池寿命加速试验方法

技术领域

本发明涉及寿命加速实验技术领域，特别是涉及一种蓄电池寿命加速试验方法。

背景技术

2V阀控式蓄电池由于其成本低、免维护等优点，广泛应用于太阳能光伏发电、风力发电、通信电源、变电站、铁路、船船通讯、UPS电源等领域中。然而实际使用中，很多电池出现寿命短、劣化速度快等问题，大幅度降低了设备运行可靠性和安全性，因此有必要对蓄电池进行寿命评估。电池寿命是评价阀控式蓄电池使用性能的一个重要指标。如何准确而又快速的检测电池寿命对分析评价电池特性有重要意义。

目前用户往往只看电池的初期性能是否满足标准要求，甚至有的用户对不同厂家电池性能的比较只是通过电池的早期容量来对比，错误地认为电池的早期容量越高越好。其实应该在满足初始电池容量的要求基础上，将电池寿命性能作为选择的主要考虑因素。

国家于2015年1月22日正式实施的GB/T 19638.1-2004《固定型阀控式蓄电池第1部分：技术条件》中规定充放电循环耐久性试验：蓄电池充满后在25℃±2℃的环境中连续放充循环(以2I₁₀的恒定电流放电2h，以恒定电压(限流2I₁₀)充电22h为一个循环)，经过50次循环后，蓄电池进行10小时率试验，计算放电容量C_a(25℃)，如果放电容量低于0.8C₁₀时，循环终止；如果放电容量不低于0.8C₁₀时，进行下一个50次放充循环。循环寿命次数即作为此电池的循环寿命。此方法检测效率低、耗时长，试验可达5个月以上，试验成本高昂。此外，该标准对容量性能试验中规定：蓄电池经完全充电后，静置1h～24h，当蓄电池的表面温度为25℃±5℃时，进行容量放电试验，当放电期间蓄电池平均表面温度不是基准25℃时，需要根据式(1)换算成25℃基准温度时的实际容量C_a。

式中：T表示放电过程蓄电池平均温度，℃；C_t表示蓄电池平均温度为t℃时实测容量，Ah；C_a表示基准温度25℃时容量，Ah；λ表示温度系数，1/℃，C₁₀时λ＝0.006；C₁时λ＝0.01。

由于蓄电池整个充放电过程耗时长，表面温度不断变化，且蓄电池不同部位温度也存在较为明显的差异，温度控制范围过于宽泛，如何准确的获得放电过程蓄电池平均温度是非常困难。由于平均温度的取值不同，仅仅因为容量换算，就可造成4％～10％的容量差别。试验结果的准确性难以有效保证。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是提供一种蓄电池寿命加速试验方法，以提高加速寿命试验效率和准确性。

技术方案：

为实现上述目的，本发明提供了一种蓄电池寿命加速试验方法，该试验方法包括：

步骤S1：在25℃±0.5℃的恒温环境下，测试标称电压2V的蓄电池的放电量并记录；

步骤S2：改变恒温条件，进行多次循环充放电实验；

步骤S3：充放电实验完成后，重新置于步骤1的恒温环境中进行充放电实验，记录末次放出电量；

步骤S4：基于首次放出电量和末次放出电量确定衰减值；

步骤S5：基于衰减值确定寿命状态。

可选的，在25℃±0.5℃的恒温环境下，测试蓄电池的首次充电量和放电量并记录具体包括：

步骤S11：将标称电压2V的蓄电池在25℃±0.5℃的恒温水浴环境中，按照第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止，则说明此时蓄电池已充满；

步骤S12：按照第一放电条件放电，放电至1.80V，记录首次放出电量。

可选的，改变恒温条件，进行多次循环充放电实验具体包括：

步骤S21：静置第一设定时间后，按照第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止，则说明此时蓄电池已充满；

步骤S22：蓄电池充满后，将水浴温度在第二设定时间内升高到设定温度，并保持恒温；

步骤S23：按照第二放电条件放电，放电至1.75V，记录放出电量C_A；

步骤S24：静置第一设定时间后，再按照第二充电条件充电，当蓄电池端电压上升至2.4V限压值时，转为恒压充电，当充入电量等于放电容量C_A时停止充电，记录充电时间，完成一次循环充放电；

步骤S25：判断循环充放电的次数是否大于或等于循环充放电总次数；如果循环充放电的次数大于或等于循环充放电总次数，则执行步骤S3；如果循环充放电的次数小于循环充放电总次数，则执行步骤S26；

步骤S26：静置第一设定时间后，再按照第二充电条件充电，当蓄电池端电压上升至2.4V限压值时，转为恒压充电，当充入时间达到上一次充电时间时停止充电，记录充电时间，完成一次循环充放电，返回步骤S25。

可选的，所述第一设定时间为1min；所述第二设定时间为30～45分钟；所述设定温度为50℃±1℃；所述第二放电条件为3I₁₀A恒定电流且3I₁₀≤100A；所述第二充电条件为2.5I₁₀A恒定电流且2.5I₁₀≤100A。

可选的，充放电实验完成后，重新置于步骤1的恒温环境中进行充放电实验，记录末次放出电量具体包括：

步骤S31：将蓄电池从设定温度的恒温水浴环境中取出，冷却待表面温度降至30℃以下，将蓄电池重新置于25℃±0.5℃的恒温水浴环境中，冷却至少10h，再按照第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止；

步骤S32：按照第一放电条件放电，放电至1.80V，记录末次放出电量。

可选的，基于首次放出电量和末次放出电量确定衰减值，具体计算公式为：

其中，K表示衰减值，C_a1表示首次放出电量，C_a2表示末次放出电量。

可选的，电池充满条件为充电电流值5h恒定不变或充电电流值低于0.005C₁₀A；其中，C₁₀表示10小时率额定容量；

第一充电条件为2.40V恒定电压、限流I₁₀A；其中，I₁₀表示10小时率放电电流；第一放电条件为I₁₀A恒定电流。

可选的，基于衰减值确定寿命状态，具体包括：

当衰减值K＝1时，表明经过N次设定温度充放电循环后，蓄电池无容量衰减，说明寿命等于出厂寿命；

当衰减值K＜0.8时，表明经过N次设定温度充放电循环后，蓄电池容量衰减了20％以上，说明寿命已终止。

可选的，将蓄电池放在恒温水浴环境中的标准为水浴深度以刚淹没蓄电池的极板上边沿。

优点及效果：

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明直接将蓄电池放入25℃±0.5℃的恒温水浴环境中进行试验，从而提高了试验结果的可比性和准确性；另外，本发明经过多次设定温度充放电实验，加速了电池衰减速度，显著提高了试验效率。

本发明利用水浴环境保证了电池各表面温度一致，无需进行不同温度的容量换算，提高试验结果的可比性和准确性。

本发明通过多次充放电后形成过充现象，加快寿命下降速度，进一步加快电池衰减，显著提高试验效率，且不同性能质量的电池能够实现很好的区分度。

附图说明

图1为本发明实施例1蓄电池寿命加速试验方法流程图；

图2为本发明实施例1的GFM-500蓄电池第1～15次充放电曲线；

图3为本发明实施例1的GFM-500蓄电池第1～15次100A放电电压曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种蓄电池寿命加速试验方法，以提高加速试验效率和准确性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为了避免温度对循环试验的影响，设定在恒温环境下进行测试；而为了减少测试时长，同时增加测试的准确性，本发明利用过充现象，加剧电池容量的衰减，过充现象也越严重，进而导致蓄电池寿命下降的加快，实现加速试验的目的。

图1为本发明实施例蓄电池寿命加速试验方法流程图，如图1所示，本发明公开一种蓄电池寿命加速试验方法，所述方法包括：

步骤S1：将标称电压2V的蓄电池在25℃±0.5℃的恒温水浴环境中进行充放电，记录首次放出电量。

步骤S2：在设定温度的恒温水浴环境中，进行多次循环充放电实验。

步骤S3：充放电实验完成后，将蓄电池从所述设定温度的恒温水浴环境中取出，冷却后将蓄电池重新置于25℃±0.5℃的恒温水浴环境中进行充放电实验，记录末次放出电量。

步骤S4：基于所述首次放出电量和所述末次放出电量确定衰减值。

步骤S5：基于所述衰减值确定寿命状态。

下面对各个步骤进行详细论述：

步骤SI：将标称电压2V的蓄电池在25℃±0.5℃的恒温水浴环境中进行充放电，记录首次放出电量，具体包括：

步骤S11：将标称电压2V的蓄电池在25℃±0.5℃的恒温水浴环境中，按照第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止，则说明此时蓄电池已充满；所述电池充满条件为充电电流值5h恒定不变或充电电流值低于0.005C₁₀A；其中，C₁₀表示10小时率额定容量；所述第一充电条件为2.40V恒定电压、限流I₁₀A；其中，I₁₀表示10小时率放电电流。将蓄电池放在恒温水浴环境中的标准为水浴深度以刚淹没蓄电池的极板上边沿。

步骤S12：按照第一放电条件放电，放电至1.80V，记录首次放出电量。

步骤S2：在设定温度的恒温水浴环境中，进行多次循环充放电实验，具体包括：

步骤S21：静置第一设定时间后，按照所述第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止，则说明此时蓄电池已充满；所述第一设定时间为1min。

步骤S22：蓄电池充满后，将水浴温度在第二设定时间内升高到设定温度，并保持恒温；所述第二设定时间为30～45分钟；所述设定温度为50℃±1℃。

步骤S23：按照第二放电条件放电，放电至1.75V，记录放出电量C_A；所述第二放电条件为3I₁₀A恒定电流且3I₁₀≤100A；也就是说，当3I₁₀A大于100A时，则按照100A进行放电。

步骤S24：静置所述第一设定时间后，再按照第二充电条件充电，当蓄电池端电压上升至2.4V限压值时，转为恒压充电，当充入电量等于放电容量C_A时停止充电，记录充电时间，完成一次循环充放电；所述第二充电条件为2.5I₁₀A恒定电流且2.5I₁₀≤100A；也就是说，当2.5I₁₀A大于100A时，则按照100A进行充电。

步骤S25：判断循环充放电的次数是否大于或等于循环充放电总次数；如果循环充放电的次数大于或等于循环充放电总次数，则执行步骤S3；如果循环充放电的次数小于循环充放电总次数，则执行步骤S26。

步骤S26：静置所述第一设定时间后，再按照第二充电条件充电，当蓄电池端电压上升至2.4V限压值时，转为恒压充电，当充入时间达到上一次充电时间时停止充电，记录充电时间，完成一次循环充放电，返回步骤S25。

步骤S3：充放电实验完成后，将蓄电池从所述设定温度的恒温水浴环境中取出，冷却后将蓄电池重新置于25℃±0.5℃的恒温水浴环境中进行充放电实验，记录末次放出电量，具体包括：

步骤S31：将蓄电池从所述设定温度的恒温水浴环境中取出，在室内空气环境中自然冷却，待表面温度降至30℃以下，将蓄电池重新置于25℃±0.5℃的恒温水浴环境中，冷却至少10h，再按照所述第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止；

步骤S32：按照所述第一放电条件放电，放电至1.80V，记录末次放出电量。

步骤S4：基于所述首次放出电量和所述末次放出电量确定衰减值，具体计算公式为：

其中，K表示衰减值，C_a1表示首次放出电量，C_a2表示末次放出电量。

步骤S5：基于所述衰减值确定寿命状态，具体包括：

当K＝1时，表明经过N次设定温度充放电循环后，蓄电池无容量衰减，说明寿命等于出厂寿命；

当K＜0.8时，表明经过N次设定温度充放电循环后，蓄电池容量衰减了20％以上，说明寿命已终止；对于固定式阀控密封蓄电池，当容量衰减20％以上，既达到退役标准。电池寿命越短，容量衰减越大，K值越小。

在试验过程中实时监测蓄电池正、负极柱端子部位的温度，若温度达到65℃，观察电池外壳是否发生鼓胀，当外形发生鼓胀或温度达到70℃，应立即停止试验，则说明电池满足热失控条件。

对于固定式阀控密封蓄电池N＝15时，K值≥0.8，且K值越大，电池寿命这一指标越好。通过寿命加速试验，200Ah电池试验周期缩短到7～8天，500Ah电池试验缩短到10～12天；而根据国标测试，寿命测试试验长达5个月，相较于现有试验，大大缩减了测试时间，降低了测试成本。采用本发明的方法具有以下优点：

(1)蓄电池容量衰减计算均依据25℃±0.5℃水浴环境下的电池核容数据，水浴环境保证了电池各表面温度一致，水浴温度为基准温度25℃±0.5℃，无需进行不同温度的容量换算，从而提高试验结果的可比性和准确性。

(2)设定温度的恒温水浴环境，首次充放电循环，须满足放出电量等于充入电量，即首次恒流放电放出电量等于首次恒流限压充电充入电量。随后进行设定温度充放电循环试验，如电池无任何容量衰减，则放出电量始终等于充入电量；如电池出现容量衰减，则电池能够放出的电量减少，而充电时间始终保持不变，电池出现过充电现象，电池容量衰减越多，过充电现象越严重，寿命下降的越快，周而复始，从而进一步加速电池衰减速度，显著提高试验效率，且不同性能质量的电池能够实现很好的区分度。

实施例1：

以2V500Ah型号为GFM-500的蓄电池为例进行验证，采用初始等电量法进行水浴50℃±1℃试验，放电过程中放电电流设置为恒流100A，放电截止电压为1.75V，试验参数设置见表1。

表1 1号大电流加速充放电循环寿命试验参数

图2中的(a)-(e)为GFM-500蓄电池第1～15次充放电曲线，图3为GFM-500蓄电池第1～15次100A放电电压曲线，表2为GFM-500100A放电数据表，表3为GFM-500第1～15次2.20V～2.00V放电数据分析表。

表2为GFM-500100A放电数据表

表3 GFM-500第1～15次2.20V～2.00V放电数据分析表

表4蓄电池大电流加速放充电循环寿命试验表

通过表4可知，经过15次完整大电流加速充放电循环寿命试验后，在50℃时电池放出电量由第1次的511.11Ah下降至第15次399.64Ah。25℃±0.5℃水浴环境下，恒流50A放电至截止电压1.80V，放出电量546.62Ah；经过15次大电流加速试验后，25℃±0.5℃水浴环境下，恒流50A放电至截止电压1.80V，放出电量399.15Ah，可见经过15次完整大电流加速充放电循环寿命试验后，降至初始容量的73.02％，低于0.8C₁₀不满足端电压2V要求，因此该蓄电池的寿命已终止。

将同批次的多个蓄电池进行测试，其结果与实施例1基本一致。其中，将同批次的十个蓄电池按照国标方法进行测试，九组测试结果与本申请一致，有一组结果偏离其余九个的试验结果。说明本发明的试验方法显著提高试验效率，大幅度减少了试验时间。

实施例2：

本发明分别以蓄电池2V200Ah、2V300Ah、2V400Ah和2V500Ah为例进行分析，具体50℃环境下高倍率充放电循环参数设置如表5所示。未标明的条件和步骤与实施例1相同。

表5 50℃环境下高倍率充放电循环参数设置表

容量(Ah)	200	300	400	500
					恒流放电电流(A)	60	90	100	100
放电终止电压值(V)	1.75	1.75	1.75	1.75
					恒流充电电流(A)	50	75	100	100
充电电压限压值(V)	2.4	2.4	2.4	2.4
					循环次数(N)	15	15	15	15

经过多次设定温度充放电后，获得的实验结果如表6所示。

表6实验结果对比表

由表6可知，相同型号和容量的蓄电池经过多次充放电循环试验后，获得的K值不同，其与生产制造有关。

同批次蓄电池再进行国标测试，结果与表6数据相一致。说明本发明试验方法与现有方法结果相一致，显著提高试验效率，且不同性能质量的电池能够实现很好的区分度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，该试验方法包括：

步骤S1：在25℃±0.5℃的恒温环境下，测试标称电压2V的蓄电池的放电量并记录；

步骤S2：改变恒温条件，进行多次循环充放电实验；

步骤S3：充放电实验完成后，重新置于步骤1的恒温环境中进行充放电实验，记录末次放出电量；

步骤S4：基于首次放出电量和末次放出电量确定衰减值；

步骤S5：基于衰减值确定寿命状态。

2.根据权利要求1所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，在25℃±0.5℃的恒温环境下，测试蓄电池的首次充电量和放电量并记录具体包括：

步骤S11：将标称电压2V的蓄电池在25℃±0.5℃的恒温水浴环境中，按照第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止，则说明此时蓄电池已充满；

步骤S12：按照第一放电条件放电，放电至1.80V，记录首次放出电量。

3.根据权利要求1所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，改变恒温条件，进行多次循环充放电实验具体包括：

步骤S21：静置第一设定时间后，按照第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止，则说明此时蓄电池已充满；

步骤S22：蓄电池充满后，将水浴温度在第二设定时间内升高到设定温度，并保持恒温；

步骤S23：按照第二放电条件放电，放电至1.75V，记录放出电量C_A；

步骤S24：静置第一设定时间后，再按照第二充电条件充电，当蓄电池端电压上升至2.4V限压值时，转为恒压充电，当充入电量等于放电容量C_A时停止充电，记录充电时间，完成一次循环充放电；

步骤S25：判断循环充放电的次数是否大于或等于循环充放电总次数；如果循环充放电的次数大于或等于循环充放电总次数，则执行步骤S3；如果循环充放电的次数小于循环充放电总次数，则执行步骤S26；

步骤S26：静置第一设定时间后，再按照第二充电条件充电，当蓄电池端电压上升至2.4V限压值时，转为恒压充电，当充入时间达到上一次充电时间时停止充电，记录充电时间，完成一次循环充放电，返回步骤S25。

4.根据权利要求3所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，所述第一设定时间为1min；所述第二设定时间为30～45分钟；所述设定温度为50℃±1℃；所述第二放电条件为3I₁₀A恒定电流且3I₁₀≤100A；所述第二充电条件为2.5I₁₀A恒定电流且2.5I₁₀≤100A。

5.根据权利要求1所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，充放电实验完成后，重新置于步骤1的恒温环境中进行充放电实验，记录末次放出电量具体包括：

步骤S31：将蓄电池从设定温度的恒温水浴环境中取出，冷却待表面温度降至30℃以下，将蓄电池重新置于25℃±0.5℃的恒温水浴环境中，冷却至少10h，再按照第一充电条件充电，直至充电电流值满足电池充满条件时为止；

步骤S32：按照第一放电条件放电，放电至1.80V，记录末次放出电量。

6.根据权利要求1所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，基于首次放出电量和末次放出电量确定衰减值，具体计算公式为：

其中，K表示衰减值，C_a1表示首次放出电量，C_a2表示末次放出电量。

7.根据权利要求2、3或5所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，电池充满条件为充电电流值5h恒定不变或充电电流值低于0.005C₁₀A；其中，C₁₀表示10小时率额定容量；

第一充电条件为2.40V恒定电压、限流I₁₀A；其中，I₁₀表示10小时率放电电流；第一放电条件为I₁₀A恒定电流。

8.根据权利要求1所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，基于衰减值确定寿命状态，具体包括：

当衰减值K＝1时，表明经过N次设定温度充放电循环后，蓄电池无容量衰减，说明寿命等于出厂寿命；

当衰减值K＜0.8时，表明经过N次设定温度充放电循环后，蓄电池容量衰减了20％以上，说明寿命已终止。

9.根据权利要求1所述的蓄电池寿命加速试验方法，其特征在于，将蓄电池放在恒温水浴环境中的标准为水浴深度以刚淹没蓄电池的极板上边沿。

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