CN113113684B - 一种改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，属于铅蓄电池技术领域，包括以下步骤：(1)一次容检，记为Ca1；(2)满充后倒立振动处理；(3)放电至平均电压1.60～1.80V/格，再倒立静置；(4)以0.8～1.0Ω的定电阻放电12～24h，再短路至放电完全；(5)恒压2.45～2.50V限流0.20～0.30C2A充电15～20h，二次容检，记为Ca2；(6)将Ca2/Ca1与1.02比较大小，当α≥1.02，正常电池；(7)按照Ca2容量差值且静置24h后的电压差值进行配组。该方法能够平衡极群间的压力，提高电池的放电容量，改变电池组放电过程中的深“V”现象。

Description

一种改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法
技术领域
本发明属于铅蓄电池技术领域，具体涉及一种改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法。
背景技术
在阀控式动力铅蓄电池中，一个铅蓄电池由多个极群串联而成。其中，单个极群是由正极板、负极板、隔板、电解液和汇流排等组成。
铅蓄电池在未加酸之前，极群通过压缩隔板装入塑壳内，极群在塑壳内部产生张力，产生的张力压紧极板，使极板表面的铅膏不易脱落，保证铅蓄电池的深度循环寿命。铅蓄电池在加酸后，隔板迅速的收缩(隔板特性)，使极群对塑壳的张力减少，同时使极群间极板厚度差异叠加，导致单格间压力误差进一步增大。
单格间压力不一致的铅蓄电池，极板与隔板之间的接触压力不一致，导致在充电时铅蓄电池隔板中的吸酸饱和度不一致，压力小的单格正极处于欠充转态。经过循环后，在放电时，铅蓄电池中压力小的单格处于过放状态；在充电时，又因该单格的实际容量较小而处于过充状态，正极板栅容易被腐蚀。一组经过配组的电池组经过70～90次的循环后，电池组的放电容量会因单只电池内部单格的原因降低至其额定容量的85～95％。此时压力小的单格中因在循环过程中，处于过放状态时，活性物质发生膨胀，使装配压力得到一定改善，容量出现回升现象(又称深“V”现象)，见图1的放电曲线。
动力铅蓄电池主要装配在电动汽车和电动自行车。在我国，电动汽车和电动自行车的使用群体众多，动力铅蓄电池在出厂前会依据放电容量及开路电压进行配组，但是由于前面所述的原因，当动力铅蓄电池在使用了3个月后(对应动力铅蓄电池处于70～90次的循环状态)，循环容量减少了15％以上，一些客户势必更换电池，造成不必要的浪费。
专利文献(CN 106972213B)公开了一种铅酸蓄电池的容量快速恢复方法，该发明涉及铅酸蓄电池领域，包括：(1)充电：以0.16～0.2C电流充电至电池电压2.5～2.52V/单格；以0.12～0.15C电流充电至电池电压2.55～2.58V/单格；以0.03-0.04C电流充电至电池电压2.55～2.58V/单格，当电池电压≥2.35V/单格时。调节电磁场使相同磁极方向相对；(2)恒流放电：以0.5～0.6CC电流放电至电池电压为1.85～1.9V/单格，以0.1～0.2C电流放电至电池电压为1.65～1.7V/单格，当放电过程电池电压≤1.95V/单格时，调节电磁场使相反磁极方向相对。该发明中提供的电池容量恢复的方法需要调整磁极的方向，比较复杂。
专利文献(CN 108448176B)公开了人工智能铅酸电池复原方法，包括以下步骤：步骤S1：初步检查铅酸蓄电池单元可修复；步骤S2:在铅酸蓄电池单元得的电解液中加入溶解硫酸盐的修复液；步骤S3：将各检测仪表连接到铅酸蓄电池单元和人工智能铅酸蓄电池复原系统上，启动人工智能铅酸蓄电池恢复系统。该发明能够自动完成铅酸蓄电池修复过程，并且，总是以最合适的超声波频率和幅值以及最合适的充电频率和幅值进行，修复过程中不会损坏蓄电池单元，使铅酸蓄电池能够安全、长期的恢复电池容量超过95％。该修复方法采用人工智能进行修复铅酸电池，需要控制最合适的超声波频率和幅值、最合适的充电频率和幅值，较为繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，以解决铅蓄电池在注液后因单格压力过小而导致的放电能力不足，消除出现的深“V”现象；同时提供一种配组方法。
一种改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，包括以下步骤：
(1)取铅蓄电池若干，一次容量检测，记为Ca1；
(2)将一次容量检测后的铅蓄电池满充，然后倒立并固定在振动台上振动处理；
(3)将经振动处理后的铅蓄电池放电至铅蓄电池单格平均电压为1.60～1.80V/格，再倒立静置；
(4)将倒立静置后的铅蓄电池以0.8～1.0Ω的定电阻放电12～24h；再将铅蓄电池通过导线短路，直至放电完全；
(5)将步骤(4)处理后的铅蓄电池以恒压2.45～2.50V限流0.20～0.30C2A充电15～20h，二次容量检测，记为Ca2；
(6)将二次容量比值α＝Ca2/Ca1与1.02比较大小，当α＜1.02，报废处理；当α≥1.02，正常铅蓄电池；
(7)将正常铅蓄电池按照Ca2容量差值且静置24h后的电压差值进行配组。
步骤(2)中将铅蓄电池倒立并固定在振动台上振动处理的目的是改善铅蓄电池底部电解液密度较高的问题。
步骤(2)中振动台的工作参数是频率16.7Hz，振幅2mm垂直振动10min。
步骤(3)中在1小时内以0.5C2A的电流放电。
步骤(3)中将铅蓄电池倒立放在55～60℃的环境中静置3～5h。
步骤(4)中将铅蓄电池短路3～5天。
步骤(4)中先将铅蓄电池短路的目的是使活性物质根据单格压力膨胀改善单格间的压力差。
步骤(5)中将铅蓄电池充满电的目的是通过再充电提升铅蓄电池的容量，并以提升后的容量作为依据对铅蓄电池进行配组，改善铅蓄电池组在循环中的放电深“V”现象。
步骤(5)中以恒压2.5V/格限流0.3C2A连续充电20h。
步骤(7)中的Ca2容量差值≤0.2Ah，静置24h后的电压差值≤0.03V。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
采用本发明提供的方法对铅蓄电池充放电，在铅蓄电池放电期间使活性物质进行结构重组，平衡极群间的压力，提高铅蓄电池的放电容量，改变铅蓄电池组放电过程中的深“V”现象，减少铅蓄电池的退货率，同时通过数据处理挑出不合格的铅蓄电池，对合格的铅蓄电池进行合理分组。
附图说明
图1铅蓄电池组放电过程中深“V”现象的放电曲线。
图2是铅蓄电池组的放电容量与循环次数的关系。
具体实施方式
实施例1
用极群组装成20只型号为6-DZF-20的铅蓄电池，同时抽取同批次的极群12个，分别装于电池壳中，测量极群的干态压力，测试结果见表4。
将上述组装的20只铅蓄电池经化成封盖片后进行容量检测，铅蓄电池经容量检测后实际容量记为Ca1，容量检测后进行满充，满充后的铅蓄电池倒立并固定在振动台上，以频率16.7Hz，振幅2mm垂直振动10min；
在1小时内以10A的电流将铅蓄电池放电至10.50V/只，接着将铅蓄电池倒立放在55℃的环境中静置3h，然后以0.8Ω的定电阻放电18h，接着通过导线连接铅蓄电池的正负极短路3天，直至放电完全。最后铅蓄电池以恒压14.85V/只限流5.0A连续充电18h后检测电池容量，此时容量记为Ca2。测试结果见表1。
表1 6-DZF-20放电测试数据
电池编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ca1 21.61 21.69 20.86 21.63 21.76 21.69 21.71 21.63 21.62 21.66
Ca2 22.35 22.26 21.31 22.29 22.39 22.37 22.47 22.27 22.39 22.32
α 1.034 1.026 1.022 1.031 1.028 1.031 1.035 1.030 1.032 1.030
V0 13.32 13.33 13.34 13.33 13.32 13.32 13.35 13.33 13.32 13.32
电池编号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ca1 21.80 21.72 21.76 21.79 21.33 21.22 20.63 21.62 21.65 21.09
Ca2 22.45 22.45 22.40 22.42 22.09 22.13 21.39 22.49 22.45 22.01
α 1.030 1.034 1.029 1.029 1.035 1.043 1.037 1.040 1.037 1.043
V0 3.34 13.31 13.32 13.32 13.34 13.31 13.36 13.32 13.34 13.31
表1中铅蓄电池的容量比值α均≥1.02，铅蓄电池均属于正常的电池。
对测试后的1号和2号铅蓄电池进行解剖并测试电池的湿态压力，测试结果见表5。
选取4、5、8、9号电池(Ca2容量在22.27～22.39Ah，V0电压在13.32～13.33V)之间相互串联，配成48V的电池组，电池组以10A放电至42V，然后以限流5A，恒压59.2V充电8小时，记作一个循环周期，连续充放电，当电池组的放电容量低于16Ah时，结束循环测试。铅蓄电池组一共循环了376次，在第376次放出的容量为16.01Ah。铅蓄电池组的放电容量与循环次数的关系如图2所示。
对比例1
用极群组装成20只型号为6-DZF-20的铅蓄电池，同时抽取同批次的极群12个，分别装于电池壳中，测量极群的干态压力，测试结果见表4。
将上述组装的20只铅蓄电池加酸后串联起来构成一个回路，电池充电化成后静置2小时，然后以10.0A放电至平均电压10.40V/只，记录每只电池此时的放电电压。对测试后的1号和2号铅蓄电池进行解剖并测试电池的湿态压力，测试结果见表5。
将在化成槽上放电电压在10.45～10.50V，静置24h后开路电压在13.30～13.32V的铅蓄电池串联配成电池组，电池组以10A放电至42V，然后以限流5A，恒压59.2V充电8小时，记作一个循环周期，连续充放电，当电池组的放电容量低于16Ah时，结束循环测试。铅蓄电池组一共循环了359次，在第359次放出的容量为17.16Ah。铅蓄电池组的放电容量与循环次数的关系如图2所示。
实施例2
用极群组装成20只型号为6-DZF-23的铅蓄电池，同时抽取同批次的极群12个，分别装于电池壳中，测量极群的干态压力，测试结果见表4。
将上述组装的20只铅蓄电池经化成封盖片后进行容量检测，铅蓄电池经容量检测后实际容量记为Ca1，容量检测后进行满充，满充后的铅蓄电池倒立并固定在振动台上，以频率16.7Hz，振幅2mm垂直振动10min；
在1小时内以11.5A的电流将铅蓄电池放电至9.6V/只，接着将铅蓄电池倒立放在60℃的环境中静置5h，然后以1.0Ω的定电阻放电12h，接着通过导线连接铅蓄电池的正负极短路5天，直至放电完全。最后铅蓄电池以恒压14.7V/只限流6.9A连续充电20h后检测电池容量，此时容量记为Ca2。测试结果见表2。
表2 6-DZF-23放电测试数据
Figure BDA0002999314800000051
Figure BDA0002999314800000061
表2中15号铅蓄电池的α＝1.036＜1.02，其余电池的α≥1.02，除15号电池外，其余电池属于正常电池。将15号铅蓄电池进行解剖，发现有一单格出现隔板被刺破的现象，微短路，属于不良的铅蓄电池。
对测试后的1号和2号铅蓄电池进行解剖并测试电池的湿态压力，测试结果见表5。
选取3、4、6、11号电池(Ca2容量在24.67～24.75Ah，V0电压在13.31～13.33V)之间相互串联，配成48V的电池组，电池组以11.5A放电至42V，然后以限流5.75A，恒压59.2V充电8小时，记作一个循环周期，连续充放电，当电池组的放电容量低于18.4Ah时，结束循环测试。铅蓄电池组一共循环了364次，在第364次放出的容量为18.43Ah。铅蓄电池组的放电容量与循环次数的关系如图2所示。
对比例2
用极群组装成20只型号为6-DZF-23的铅蓄电池，同时抽取同批次的极群12个，分别装于电池壳中，测量极群的干态压力，测试结果见表4。
将上述组装的20只铅蓄电池加酸后串联起来构成一个回路，电池充电化成后静置2小时，然后以11.5A放电至平均电压10.40V/只，记录每只电池此时的放电电压。对测试后的1号和2号铅蓄电池进行解剖并测试电池的湿态压力，测试结果见表5。
将在化成槽上放电电压在10.45～10.50V，静置24h后开路电压在13.30～13.31V的铅蓄电池串联配成电池组，电池组以11.5A放电至42V，然后以限流5.75A，恒压59.2V充电8小时，记作一个循环周期，连续充放电，当电池组的放电容量低于18.4Ah时，结束循环测试。铅蓄电池组一共循环了342次，在第342次放出的容量为18.42Ah。铅蓄电池组的放电容量与循环次数的关系如图2所示。
实施例3
用极群组装成20只型号为6-DZF-21的铅蓄电池，同时抽取同批次的极群12个，分别装于电池壳中，测量极群的干态压力，测试结果见表4。
将上述组装的20只铅蓄电池经化成封盖片后进行容量检测，铅蓄电池经容量检测后实际容量记为Ca1，容量检测后进行满充，满充后的铅蓄电池倒立并固定在振动台上，以频率16.7Hz，振幅2mm垂直振动10min；
在1小时内以10.5A的电流将铅蓄电池放电至10.80V/只，接着将铅蓄电池倒立放在58℃的环境中静置4h，然后以0.9Ω的定电阻放电24h，接着通过导线连接铅蓄电池的正负极短路4天，直至放电完全。最后铅蓄电池以恒压15.0V/只限流4.2A连续充电15h后检测电池容量，此时容量记为Ca2。测试结果见表3。
表3 6-DZF-21放电测试数据
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ca1 22.61 22.32 22.62 22.34 22.45 22.44 22.49 22.86 22.78 22.06
Ca2 23.36 23.13 23.28 23.19 23.24 23.20 23.18 23.78 23.65 22.96
α 1.033 1.036 1.029 1.038 1.035 1.034 1.031 1.040 1.038 1.041
V0 13.34 13.33 13.32 13.32 13.32 13.32 13.35 13.33 13.32 13.32
No. 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Ca1 22.80 22.78 22.63 22.56 22.45 22.49 22.86 22.75 22.45 22.23
Ca2 23.51 23.48 23.23 23.42 23.25 23.28 23.46 23.40 23.01 22.95
α 1.031 1.030 1.027 1.038 1.036 1.035 1.026 1.029 1.025 1.032
V0 13.34 13.31 13.32 13.32 13.34 13.31 13.34 13.33 13.32 13.32
表3中所有铅蓄电池的α≥1.02，均属于正常电池。对测试后的1号和2号铅蓄电池进行解剖并测试电池的湿态压力，测试结果见表5。
选取4、5、6、15号电池(Ca2容量在23.19～23.25Ah，V0电压在13.32～13.34V)之间相互串联，配成48V的电池组，电池组以10.5A放电至42V，然后以限流5.25A，恒压59.2V充电8小时，记作一个循环周期，连续充放电，当电池组的放电容量低于16.8Ah时，结束循环测试。铅蓄电池组一共循环了361次，在第361次放出的容量为16.88Ah。铅蓄电池组的放电容量与循环次数的关系如图2所示。
对比例3
用极群组装成20只型号为6-DZF-21的铅蓄电池，同时抽取同批次的极群12个，分别装于电池壳中，测量极群的干态压力，测试结果见表4。
将上述组装的20只铅蓄电池加酸后串联起来构成一个回路，电池充电化成后静置2小时，然后以10.5A放电至平均电压10.40V/只，记录每只电池此时的放电电压。对测试后的1号和2号铅蓄电池进行解剖并测试电池的湿态压力，测试结果见表5。
将在化成槽上放电电压在10.45～10.50V，静置24h后开路电压在13.30～13.32V的铅蓄电池串联配成电池组，电池组以10.5A放电至42V，然后以限流5.25A，恒压59.2V充电8小时，记作一个循环周期，连续充放电，当电池组的放电容量低于16.8Ah时，结束循环测试。铅蓄电池一共循环了346次，在第346次放出的容量为16.82Ah。铅蓄电池的放电容量与循环次数的关系如图2所示。从图2可见，在实施例中，铅蓄电池的容量提升3.13％以上，铅蓄电池组在前100次循环内容量没有明显下降，消除了铅蓄电池组放电过程中的深“V”现象。
在实施例中，铅蓄电池组的平均循环寿命为367次；在对比例中，铅蓄电池组的平均循环寿命为349次，铅蓄电池组的平均循环寿命提升了5.16％。
表4铅蓄电池单格的干态压力
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 均值 最大差值
实施例1 55 59 56 44 56 55 51 53 43 52 53 62 53.25 19
对比例1 59 60 45 49 54 55 56 51 40 52 53 59 52.75 20
实施例2 53 50 62 60 41 53 51 53 60 52 40 53 52.33 22
对比例2 59 51 61 40 48 51 52 51 59 61 39 49 51.75 22
实施例3 48 42 46 54 46 50 46 45 41 54 56 49 48.08 15
对比例3 52 54 46 40 47 49 46 51 56 41 55 47 48.67 16
注：干态压力指未加酸极群压缩至塑壳中部厚度所承受的压力。
从表4中可以得出，铅蓄电池单格的干态压力的平均值为51.14K·Pa，单格干态压力的最大差值为22K·Pa。
表5铅蓄电池单格的湿态压力
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 均值 最大差值
实施例1 36 39 37 34 36 36 35 36 34 35 34 41 36.08 7.00
对比例1 33 34 12 18 31 31 31 29 11 30 31 34 27.08 23.00
实施例2 36 36 40 39 32 36 35 36 38 35 33 36 36.00 8.00
对比例2 31 26 33 11 20 26 27 26 31 34 9 19 24.42 25.00
实施例3 34 32 34 38 33 37 34 34 32 37 39 36 35.00 7.00
对比例3 25 29 20 11 22 23 19 26 30 11 28 22 22.17 19.00
注：湿态压力指加酸极群压缩至塑壳中部厚度所承受的压力。
从表5中可以得出，对比例1～3中，铅蓄电池单格湿态压力的平均值为24.56K·Pa；实施例1～3中，铅蓄电池单格湿态压力的平均值为35.69K·Pa，单格湿态压力总体提升45.36％；对比例1～3中，单格湿态压力的最大差值为25K·Pa；实施例1～3中，单格湿态压力的最大差值为8K·Pa，铅蓄电池单格压力的一致性得到提升。

Claims (8)

1.一种改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取铅蓄电池若干，一次容量检测，记为Ca1；
(2)将一次容量检测后的铅蓄电池满充，然后倒立并固定在振动台上振动处理；
(3)将振动处理后的铅蓄电池放电至铅蓄电池的平均电压为1.60～1.80V/格，再倒立静置；
(4)将倒立静置后的铅蓄电池以0.8～1.0Ω的定电阻放电12～24h；再将铅蓄电池通过导线短路，直至放电完全；
(5)将步骤(4)处理后的铅蓄电池以恒压2.45～2.50V限流0.20～0.30C2A充电15～20h，二次容量检测，记为Ca2；
(6)将二次容量比值α＝Ca2/Ca1与1.02比较大小，当α＜1.02，报废处理；当α≥1.02，正常铅蓄电池；
(7)将正常铅蓄电池按照Ca2容量差值且静置24h后的电压差值进行配组。
2.如权利要求1所述的改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，步骤(2)中振动台的工作参数是频率16.7Hz，振幅2mm垂直振动10min。
3.如权利要求1所述的改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，步骤(3)中在1小时内以0.5C2A的电流放电。
4.如权利要求1所述的改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，步骤(3)中将铅蓄电池倒立放在55～60℃的环境中静置3～5h。
5.如权利要求1所述的改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，步骤(4)中将铅蓄电池短路3～5天。
6.如权利要求1所述的改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，步骤(5)中以恒压2.5V/格限流0.3C2A连续充电20h。
7.如权利要求1所述的改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，步骤(7)中的Ca2容量差值≤0.2Ah。
8.如权利要求1所述的改善单格湿态压力及放电性能的铅蓄电池处理方法，其特征在于，步骤(7)中静置24h后的电压差值≤0.03V。
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