CN112421191B - 一种判定余酸是否抽尽的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种判定余酸是否抽尽的方法，包括：(1)准备顶部设有压力传感器的测试胶帽，测试胶帽扣在电池加酸口上时的开阀压力不低于50kPa；(2)在内化成末期，电池充电2～4h后，在充电状态下抽酸；(3)抽酸结束后停止充电，进行第一次静置；(4)盖上测试胶帽，进行第二次静置；(5)打开充电机继续充电，计算充入电量，并进一步计算当充电产生的气体完全进入气室时的理论压强P；(6)充电结束后，将压力传感器测得的压力转换成实际压强P1后与理论压强P进行比较：若实际压强P1很快可以达到理论压强P时，判定余酸未被抽干净；若实际压强P1一直无法达到理论压强P时，判定余酸已被抽干净。利用本发明，可以对电池单格余酸进行有效判定。

Description

一种判定余酸是否抽尽的方法
技术领域
本发明属于蓄电池生产技术领域，尤其是涉及一种判定蓄电池内化成余酸是否抽尽的方法。
背景技术
密封阀控式铅酸蓄电池，在电池化成工艺中，为了保证电池能够顺利完成活性物质转换，都会添加过量的电解液。整个化成过程中，极板处于一种富液的状态，化成结束后，要求电解液全部储存在AGM隔板中，流动的电解液在最后化成阶段被抽出，从而降低隔板的饱和度，为氧复合留下气体通道。电池使用过程中，在充电后期，正极产生的氧气能够通过气体通道传输至负极，在负极完成氧复合，从而减少蓄电池内部水的损耗，达到免维护的目的。
如果多余的电解液不能够抽出，极群上部存有流动的电解液，AGM隔板处于过饱和状态，对电池的性能会产生明显的影响，特别是深循环用途的动力电池，因为没有有效的气体通道，充电产生的气体很少能够传送到负极，而是沿着极板高度方向冒出，最后储存在电池内部的气室中，当气室中储存的气体越来越多，达到安全阀的开阀压力的时候，安全阀被打开，气体从电池内部排出，电池失水。虽然水的损失可以提升隔板的饱和度，但此时电解液密度实际要比设计值高，电池使用性能下降。
特别是12V电池，由6个2V单格串联构成，其中某一个单格因为余酸没有被抽干净，会影响整只电池的使用性能。现有电池生产过程中，真空泵连接抽酸管，在抽酸阶段，抽酸管插入电池加酸孔内部进行余酸抽取。
如公开号为CN206313034U的中国专利文献公开了一种抽酸装置，包括移动平台以及设置在所述移动平台上的硫酸过滤桶、硫酸储存罐、缓冲罐、玻璃冷凝器、冷凝水槽和真空泵。
公开号为CN207134421U的中国专利文献公开了一种化成车间抽酸装置，包括抽酸罐、防护罐和真空泵，所述抽酸罐顶端与所述防护罐下部相互连通，所述抽酸罐连通设有抽酸管，所述防护罐顶端连通所述真空泵，所述防护罐与所述真空泵之间设有酸气过滤装置，所述抽酸罐和所述防护罐侧壁设有液位显示装置。
然而，环境的温度以及工人的操作方法都有可能造成余酸抽不干净，容易造成单格差异。生产企业为了有效控制质量，要求进行二次抽酸，也有部分生产企业，要求生产人员采用手电筒对每个单格进行检查，该种方法虽然可以有效控制产品的质量，但是工作强度极大，长时间的观察也会造成视觉疲劳，不适合大规模生产。
发明内容
本发明提供了一种判定余酸是否抽尽的方法，可以对电池单格余酸进行有效判定，然后针对未抽干净的单格进行二次抽酸，减少单格之间的差异，确保电池的生产质量。
一种判定余酸是否抽尽的方法，包括以下步骤：
(1)准备与电池安全阀尺寸相同的测试胶帽，所述测试胶帽的顶部设有压力传感器，测试胶帽扣在电池加酸口上时的开阀压力不低于50kPa；
(2)在蓄电池内化成末期，电池处于满电状态，充电2～4h后，在充电状态下进行抽酸，余酸被抽取；
(3)抽酸结束后停止充电，进行第一次静置；
(4)静置结束后，盖上测试胶帽，并进行第二次静置；
(5)打开充电机，继续进行充电；根据充电时间和充电电流计算充入电量，并进一步计算当充电产生的气体完全进入气室时的理论压强P；
(6)充电结束后，将压力传感器测得的压力转换成实际压强P1后与理论压强P进行比较：
若实际压强P1很快可以达到理论压强P时，判定隔板饱和度较高，余酸未被抽干净；
若实际压强P1一直无法达到理论压强P时，判定隔板上存在氧气通道，余酸已被抽干净。
本发明的原理如下：
密封阀控式铅酸蓄电池，化成结束后，AGM隔板饱和度控制在94％左右较为理想，此时隔板中约有6％的孔隙，该部分孔隙为气体传送的通道，电池充满电的状态下，正极副反应产生氧气，氧气可以通过隔板孔隙的气体通道传送到负极，此时负极是非常活泼的海绵状金属铅，接触氧气之后很容易被氧化，从而实现氧复合。
电池化成结束之后，如果还有余酸未被抽取干净，电池内部还有游离的电解液，此时隔板的饱和度为100％，没有形成气体孔隙，正极产生的气体无法传送到负极，只能沿着极板高度的方向释放置电池内部的气室中，对测试胶帽形成气压；根据测试胶帽上的压力传感器，经过计算可以确定余酸是否抽干净。
优选地，步骤(2)中，充电及抽酸的过程中的充电电流为0.01C2～0.1C2；充电过程采用恒流充电。
步骤(3)中，静置的时间为30min～60min。余酸抽取完毕之前，电池一直处于充电的状态，此时电池内部温度较高，断电之后，还有余温，如果此时开始盖上测试胶帽，很有可能因为内部的气体受到热膨胀的影响，体积比常温要大，因此此时测量可能就会导致误判，必须要通过静置降温阶段。
优选地，步骤(4)中，第二次静置的时间为5min～10min。通过短时间的静置，内部极群和气室中的气体形成一个暂时稳定的状态，利于后期数据采集准确。
进一步地，步骤(5)中，充电电流为0.005C2～0.01C2。
如果设定的电流太大，有部分单格余酸已经被抽干净，但饱和度相对较高，也就是说隔板的孔隙很少，那么还是无法能够及时把所有产生的气体完成复合，大部分的气体会排至气室中，并且电流越大，气室中的气体就会越多，此时就会造成单格误判。
设定小的电流进行充电，此时正负极都完成充电，很小的电流也会造成正极继续发生副反应，继续产生氧气，因为电流小，产生的气体也少，即使余酸已经抽干净，但是饱和度相对较高的单格，也会因为产气少而完成氧复合。设定小的电流进行充电，如果余酸未被抽干净，隔板的饱和度达到100％，没有任何的气体通道，那么产生的气体只能储存在气室中，因为已经盖上了测试胶帽，气室内部气压逐渐增大。
步骤(5)中，所述理论压强P的计算过程具体为：
根据充电反应公式H2O→2H++1/2O2+2e-，产生0.5mol氧气的同时，产生2mol电子；2mol电子的电量Q＝2×9.632×104＝19.264×104C；
根据1Ah＝3600C，充入1Ah的电量，得到0.0186mol电子，氧气产生量为0.0046mol；充入电量根据充电时间和充电电流相乘得到，充入电量为X Ah时，对应氧气产生量为0.0046X mol；
根据理想气体状态方程PV＝nRT计算得到理论压强P；其中，V表示电池内部气室的体积、n表示气体物质的量、T表示绝对温度(取决于环境温度)、R表示气体常数。
进一步地，对于同一批次的电池，固定充电工艺后，充入电量为定值，理论压强也为定值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本方法简单易操作，可以批量对每只电池每个单格进行准确检测，确保电池单格余酸被抽取干净，有利于减少电池单格之间的差异，提升电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明方法中测试胶帽的第一种安装示意图；
图2为本发明方法中测试胶帽的第二种安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本发明设计了一种测试胶帽，如图1所示，图中示出了电池极群1、电池槽2、电池中盖3以及注酸嘴4。图1中，测试胶帽5采用通孔橡皮塞，使用时，测试胶帽5与注酸嘴4内壁紧密配合，测试胶帽5上设有压力传感器6，压力传感器6接有压力显示器7。
或者，测试胶帽也可以扣在电池的加酸口上，如图2所示，测试胶帽8与注酸嘴4外缘紧密配合，测试胶帽8上设有压力传感器6。
上述两种结构的测试胶帽与注酸嘴形成密封结构；测试胶帽的开阀压力不低于50kPa。压力传感器可以实现电池内部压力和温度的监测；压力传感数据通过数据处理中心进行处理，通过处理中心，能够监测内部压力值。
判定余酸是否抽尽的过程如下：
化成末期，电池处于满电的状态，抽酸电流为0.01C2～0.1C2，恒流充电3h后，开始进行抽酸，余酸被抽取。
抽酸结束后，关闭化成充电机电源，停止充电，开始静置，静置时间为30min～60min。
静置结束后，盖上测试胶帽，静置时间为5min～10min。
打开充电机，充电电流设定为0.005C2～0.01C2，开始进行充电，电池内部开始产生气体，压力逐渐增大。
充电时反应公式为：H2O→2H++1/2O2+2e-；
按照该公式，0.5mol氧气产生的同时，产生了2mol电子；而1mol电子有N＝n*NA＝6.02*1023电子；Q＝6.02*1023*1.6*10-19＝9.632*104库仑；2mol电子电量Q＝2*9.632*104＝19.264*104库仑。
充电量可以根据充电的电流和时间计算得到，进而反过来计算电子产生数量和气体析出量：
根据1A*h＝3600C，即充入1A*h的电量，可以计算得到0.0186mol电子，氧气产生量为0.0046mol。
综上，充入电量为X Ah，氧气产生量则为0.0046X mol。
根据PV＝nRT，在短时间内，T可以认为是恒定不变，V是内部气室体积，R是常数，通过充电的电量，可以计算气体产生的量，进而可以计算得到理论压强P值，该P值和实际检测值可以进行比较：
若实际压强P1很快可以达到理论压强P时，判定隔板饱和度较高，余酸未被抽干净；若实际压强P1一直无法达到理论压强P时，判定隔板上存在氧气通道，余酸已被抽干净。
当充电工艺固定后，即充电量就会是定值，那么产生的气体量也会是一个定值，换句话说，充电结束后，如果产生的气体没有被负极吸收，完全被排放到气室内，那么压力值就是一个可以计算得到的值，通过监测内部压力的变化，如果充电结束后，压力值没有达到计算值，说明有部分气体能够被负极吸收，说明有氧气通道的存在，即余酸已经被抽取干净，如果充电结束后，压力值很快就达到计算值，说明正极和负极之间，没有气体通道，正极产生的氧气无法传到负极，全部被排放至气室内，即余酸未被抽取干净。
为验证本发明方法的有效性，进行如下试验：
常规全浸胶6-DZF-20Ah型号电池的气室，内部气室体积为0.033L，温度为293.15(常温25℃)，R为常数，取值8.314，根据充入电量为0.01Ah，气体产生的物质的量为0.000046mol，计算得到的P为3.6kPa，即常规全浸胶20Ah，后期充入电量为0.01Ah，单格最大的压强值为3.6kPa。
该型号电池抽酸结束后，静置30min，结束后盖上测试安全阀，5min后开始充电，充电电流设定为0.1A，充电时间为6min，总的充入电量为0.01Ah，6min结束后观察电池内压力值。
其中第一单格和第六单格压力值很快达到3.6kPa，第二单格、第三单格、第四单格、第五单格压力值分别为1.3kPa、1.5kPa、1.4kPa、1.3kPa。
结束后，用注射器分别对每个单格抽取余酸，第一单格和第六单格分别抽取余酸5ml和6ml，余酸未被抽取干净，其余单格抽不出余酸，未有余酸残留，证明了本发明的方法是有效的。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备与电池安全阀尺寸相同的测试胶帽，所述测试胶帽的顶部设有压力传感器，测试胶帽扣在电池加酸口上时的开阀压力不低于50kPa；
(2)在蓄电池内化成末期，电池处于满电状态，充电2～4h后，在充电状态下进行抽酸，余酸被抽取；
(3)抽酸结束后停止充电，进行第一次静置；
(4)静置结束后，盖上测试胶帽，并进行第二次静置；
(5)打开充电机，继续进行充电；根据充电时间和充电电流计算充入电量，并进一步计算当充电产生的气体完全进入气室时的理论压强P；
(6)充电结束后，将压力传感器测得的压力转换成实际压强P1后与理论压强P进行比较：
若实际压强P1很快可以达到理论压强P时，判定隔板饱和度较高，余酸未被抽干净；
若实际压强P1一直无法达到理论压强P时，判定隔板上存在氧气通道，余酸已被抽干净。
2.根据权利要求1所述的判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，步骤(2)中，充电及抽酸的过程中的充电电流为0.01C2～0.1C2。
3.根据权利要求1所述的判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，步骤(2)中，充电过程采用恒流充电。
4.根据权利要求1所述的判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，步骤(3)中，静置的时间为30min～60min。
5.根据权利要求1所述的判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，步骤(4)中，第二次静置的时间为5min～10min。
6.根据权利要求1所述的判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，步骤(5)中，充电电流为0.005C2～0.01C2。
7.根据权利要求1所述的判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述理论压强P的计算过程具体为：
根据充电反应公式H2O→2H++1/2O2+2e-，产生0.5mol氧气的同时，产生2mol电子；2mol电子的电量Q＝2×9.632×104＝19.264×104C；
根据1Ah＝3600C，充入1Ah的电量，得到0.0186mol电子，氧气产生量为0.0046mol；充入电量根据充电时间和充电电流相乘得到，充入电量为X Ah时，对应氧气产生量为0.0046Xmol；
根据理想气体状态方程PV＝nRT计算得到理论压强P；其中，V表示电池内部气室的体积，n表示气体物质的量，T表示绝对温度，R表示气体常数。
8.根据权利要求7所述的判定余酸是否抽尽的方法，其特征在于，对于同一批次的电池，固定充电工艺后，充入电量为定值，理论压强也为定值。
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