CN113422047A - 一种可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池 - Google Patents

一种可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池 Download PDF

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Abstract

一种可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，所述铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏的针入度为15‑19mm，所述正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉950‑1050份、净化水112‑117份、辅料3‑5份、稀硫酸85‑95份和短纤维1.0‑2.6份。本发明通过调整正极铅膏中水和酸的添加量，控制正极铅膏的针入度为17±2mm，提高了电池深度循环寿命，在209次深度放电循环后仍具有良好的起动能力。

Description

一种可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池
技术领域
本发明涉及一种可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，属于蓄电池技术领域。
背景技术
重型卡车、大巴车、房车等大多为长途运输车辆，在其行驶过程中很难避免堵车、装卸货、休憩等非行驶状态。由于车上装备的车载空调、冰箱、电视、热水器、电磁炉、电热毯、影音系统等车载电器开启时发动机需要继续工作，此时，车辆不仅要承担高额的油耗成本，更要承担因发动机磨损而增加的维修成本，而且，发动机长时间怠速运转还会缩短其使用寿命。因而，相比传统的220V交流用电设备，司机们更倾向于选择节能环保的低压直流用电设备。这些设备在使用过程中电量需求大，用电频率高，电池的保护电压却很低，一般为11.2～11.4V，此时对应的铅蓄电池的荷电状态一般为20～30%SOC，即使在如此低的荷电状态下仍然要求电池具有正常起动发动机的能力，这就要求电池不仅具备好的深循环性能，还需要电池在深度放电后的低荷电状态下仍然具有正常的起动能力。
目前市场上通常使用的富液型起动铅蓄电池，依据GB/T 5008.1-2013 B类蓄电池寿命检测其使用寿命，要求循环次数大于或等于5个单元（95次充放电），期间放电容量需大于或等于50%C20 A·h，且5个单元后对电池进行低温起动，低温起动电流为0.6IccA，起动时间30s，要求30s电压大于或等于7.2V，多数蓄电池都能够达到标准要求，但富余量不大，致使其在实际行车使用中，频繁出现过早的容量衰减、车辆起动困难等问题，导致用户抱怨并大比例退货。
发明内容
本发明为克服现有技术弊端，提供一种适合低荷电状态下使用的起动铅蓄电池，通过调整正极铅膏中水和酸的添加量，控制正极铅膏的针入度为17±2mm，提高了电池深度循环寿命，在11个单元（209次深度充放电）循环后仍具有良好的起动能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，所述铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏的针入度为15-19mm，所述正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉950-1050份、净化水112-117份、辅料3-5份、稀硫酸85-95份和短纤维1.0-2.6份。
上述可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，所述稀硫酸的浓度为30-50%。
上述可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，所述铅蓄电池正极板的数量为72-102片，负极板的数量为78-108片，隔板的数量为72-102片，所述正极板的尺寸为148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为160×320×2.3mm或者160×320×2.0mm。
上述可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，所述正极板的数量为72、78、84、96或102片，负极板的数量为78、84、90、102或108片，隔板的数量为72、78、84、96或102片。
上述可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，所述辅料包括碱土金属氧化物和硫酸盐，两者的添加量均为铅粉添加重量的0.2%。
本发明的有益效果是：本发明铅蓄电池正极铅膏的针入度低，控制为17±2mm，循环充放电次数由现有的5个单元（95次充放电循环）提高到了11个单元（209次充放电循环），循环次数提高了1倍多，电池的质保年限由现在的9个月提高到了18个月，使用寿命提高了1倍，改善了电池在多次深度循环后的起动能力。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铅蓄电池放电电压与循环放电次数关系图；
图2为本发明实施例1制备的铅蓄电池循环放电各单元后，低温起动放电30s的电压变化图。
具体实施方式
电池循环寿命按照GB/T 5008.1-2013 5.9.3 循环耐久Ⅱ要求，即，循环过程中放电容量不得低于0.5C20（C20是指20小时率额定容量），循环单元不得小于5个。本发明技术方案制备的铅蓄电池，循环寿命测试达到11个循环单元，循环次数高达209次。
低温起动能力按照GB/T 5008.1-2013 5.9.3条件测试，每完成一个单元进行-18℃低温起动测试：蓄电池以0.6Icc（Icc为-18℃低温起动电流）放电30s后，端电压不小于7.2V。
电池低荷电状态（50%SOC）指在电池深度放电后荷电状态达到或低于50%C20时、以及经过95次及以上次数深度放电循环后荷电状态达到或低于50%C20时的状态。
针入度是表征物质硬度和粘稠度的指标。用于铅蓄电池中，针入度是表征铅膏强度和可涂填性的一个指标，其是以固定形状和质量的针在一定高度下自由落下，刺入铅膏中，以其刺入深度来表示。针入度愈大表示铅膏愈软，即稠度愈小；反之则表示铅膏愈硬，即稠度愈大。
传统的富液式低荷电起动铅蓄电池，正极铅膏针入度高，一般为22±2mm，这种铅膏活性物质密度低，在一定体积内填涂的活性物质少，活性物质孔隙度高，硫酸扩散更容易，放电时活性物质作用的厚度深，利用率高。但是，对正极而言，高的铅膏针入度容易导致活性物质在循环过程中软化脱落，使用这种铅膏制造的铅蓄电池，虽然电池初期容量高，但是随着深度放电循环的进行，其容量下降快，循环寿命短，在5个单元（95次充放电循环）后，正极铅膏的网状结构遭到破坏，孔率增加，孔径和内阻增大，电池的保有容量降低，起动能力下降，造成车辆起动失败、趴窝的不良事故，严重影响车辆的正常运行。因此，需要控制合适的针入度，本发明控制正极铅膏的针入度为17±2mm，既能满足电池容量初期使用要求，又能保证后期深度循环后的使用寿命和较高的保有容量，满足低荷电状态下的正常起动要求。
本发明通过控制正极铅膏中水和酸的用量，降低铅膏的针入度，提高了活性物质的密度和机械强度，减小活性物质的孔隙度，使得硫酸扩散更困难，浓差极化更大，放电时活性物质作用的厚度变浅，利用率降低，活性物质在充放电循环时的体积变化更小，软化更慢，内阻增加缓慢，电池的深度循环寿命得到提高，电池在209次深度循环后仍然具有较好的网状结构、较低的孔率和内阻、较强的电流汇集能力和起动能力。
本发明利用阀控密封结构电池，其具有不溢酸，且酸雾极少，对临近零部件起到很好的保护作用；玻璃纤维隔板的内阻非常低，优良的高倍率放电性能的技术优势，设定电池的正极板的数量为72-102片，负极板的数量为78-108片，隔板的数量为72-102片，所述正极板的尺寸为148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为160×320×2.3mm或者160×320×2.0mm，制备的电池的20h率容量C20为200-300A·h，其在循环寿命末期保有容量为100-150A·h，标准中100-150A·h容量范围的冷起动电流Icc要求为650-800A，起动能力才能满足发动机要求。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种适合低荷电状态下使用的起动铅蓄电池所述起动铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉1000份，净化水112份，辅料4份，稀硫酸90份和短纤维1.8份。
正极铅膏的和制过程为：将铅粉1000kg、碱土金属氧化物和硫酸盐混合物4kg、短纤维1800g加入和膏机内，均匀搅拌5分钟，然后开启水阀门，向和膏机中均速加入净化水112kg，加水时间为1-3分钟，边加水边搅拌，搅拌时间为5分钟，之后开启加酸阀，向和膏机中加入稀硫酸90kg，加酸时间为14-18分钟，并打开抽尘和水冷装置开始降温，搅拌时间12～15分钟，停机将和膏机内壁四周及搅拌翅清理干净后再搅拌5分钟，停机测量铅膏针入度为16mm。
铅蓄电池正极板数量为72片，负极板的数量为78片，隔板的数量为72片，选定正极板的尺寸为148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为：160×320×2.3mm（20kPa），由此制备的铅蓄电池20h率容量为200A·h。
将制备的铅蓄电池经过205次深度充放电循环后，以700A（标准中要求200Ah的冷起动电流Icc为1000A，以0.6Icc放电，即为600A，鉴于冬季汽车起动时600A电流偏小，这里以700A起动）的低温起动电流放电30s后，端电压实测值为7.29V，高于标准中要求的7.2V电压值，满足要求并有部分余量，起动能力足以满足发动机多种复杂工况的要求。
实施例2
一种适合低荷电状态下使用的起动铅蓄电池所述起动铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉1050份，净化水117份，辅料5份，稀硫酸85份和短纤维2.0份。正极铅膏的制备过程同实施例1，电池正极铅膏的针入度为17mm。
铅蓄电池正极板数量为78片，负极板数量为84片，隔板数量为78片，正极板尺寸为：148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为：160×320×2.3mm（20kPa）。由此制备的铅蓄电池20h率容量为220A·h。
将制备的铅蓄电池经过205次深度充放电循环后，以700A（标准中要求220 A·h的冷起动电流Icc为1000A，以0.6Icc放电，即为600A，鉴于冬季汽车起动时600A电流偏小，这里以700A起动）的低温起动电流放电30s后，端电压实测值为7.54V，高于标准中要求的7.2V电压值，满足要求并有部分余量，起动能力足以满足发动机多种复杂工况的要求。
实施例3
一种适合低荷电状态下使用的起动铅蓄电池所述起动铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉950份，净化水112份，辅料3份，稀硫酸95份和短纤维1.0份。正极铅膏的制备过程同实施例1，电池正极铅膏的针入度为17mm。
铅蓄电池正极板数量为84片，负极板数量为90片，隔板数量为84片，正极板尺寸为：148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为：160×320×2.3mm（20kPa）。由此制备的铅蓄电池20h率容量为240A·h。
将制备的铅蓄电池经过228次深度充放电循环后，以720A（标准中没有240A·h规格的电池，按250A·h的冷起动电流Icc为1200A，以0.6Icc放电，即为720A）的低温起动电流放电30s后，端电压实测值为7.8V，高于标准中要求的7.2V电压值，满足要求并有部分余量，起动能力足以满足发动机多种复杂工况的要求。
实施例4
一种适合低荷电状态下使用的起动铅蓄电池所述起动铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉1020份，净化水114份，辅料4份，稀硫酸89份和短纤维1.5份。正极铅膏的制备过程同实施例1，电池正极铅膏的针入度为16mm。
铅蓄电池正极板数量为96片，负极板数量为102片，隔板数量为96片，正极板尺寸为：148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为：160×320×2.3mm（20kPa）。由此制备的铅蓄电池20h率容量为280A·h。
将制备的铅蓄电池经过205次深度充放电循环后，以790A（标准中没有280A·h规格的电池，按照插入法计算，280A·h的冷起动电流Icc为1316A，以0.6Icc放电，即为790A）的低温起动电流放电30s后，端电压实测值为8.2V，高于标准中要求的7.2V电压值，满足要求并有部分余量，起动能力足以满足发动机多种复杂工况的要求。
实施例5
一种适合低荷电状态下使用的起动铅蓄电池所述起动铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉970份，净化水113份，辅料3份，稀硫酸90份和短纤维1.5份。正极铅膏的制备过程同实施例1，电池正极铅膏的针入度为17mm。
铅蓄电池正极板数量为102片，负极板数量为108片，隔板数量为102片，正极板尺寸为：148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为：160×320×2.3mm（20kPa）。由此制备的铅蓄电池20h率容量为300A·h。
将制备的铅蓄电池经过228次深度充放电循环后，以828A（标准中没有300A·h规格的电池，按照插入法计算，300A·h的冷起动电流Icc为1380A，以0.6Icc放电，即为828A）的低温起动电流放电30s后，端电压实测值为8.3V，高于标准中要求的7.2V电压值，满足要求并有部分余量，起动能力足以满足发动机多种复杂工况的要求。
对实施例1制备的铅蓄电池放电电压与循环放电次数进行测试。与传统富液型电池进行对比（传统富液型电池的针入度为22±2mm，C20为180A·h），由图1中可以看出：横坐标为循环次数，纵坐标为放电电压，在循环放电开始阶段，两种电池的放电电压接近，但随着循环放电次数的增加，本发明电池的放电电压持续稳定，第12个单元（循环至228次）放电电压急剧下降，容量检测中达到寿命终止条件，即低于50%C20，测试终止，按标准判定电池有效循环数为11个单元；而传统富液型电池的电压在第6个单元容量检测中达到寿命终止条件，按标准判定电池有效循环数为5个单元，本发明电池循环次数提高了1倍多。
图2为对实施例1制备的铅蓄电池循环放电各单元后，低温起动放电30s的电压变化图，测试时，200A·h电池低温起动电流为700A，由图2中可以看出：本发明200A·h电池循环放电各单元后的30s放电电压明显高于传统富液电池，且放电电压相对稳定，表明本发明电池具有更高的起动能力，第12个单元30s放电电压低于7.2V，测试终止，按标准判定电池有效循环数为11个单元，而传统富液电池在第5个单元开始下降，第6个单元30s放电电压低于7.2V，按标准判定电池有效循环数为5个单元，本发明电池循环次数提高了1倍多。

Claims (5)

1.一种可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，其特征在于：所述铅蓄电池为阀控密封结构电池，正极铅膏的针入度为15-19mm，所述正极铅膏包括如下重量份的组分：铅粉950-1050份、净化水112-117份、辅料3-5份、稀硫酸85-95份和短纤维1.0-2.6份。
2.根据权利要求1所述的可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，其特征在于：所述稀硫酸的浓度为30-50%。
3.根据权利要求2所述的可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，其特征在于：所述铅蓄电池正极板的数量为72-102片，负极板的数量为78-108片，隔板的数量为72-102片，所述正极板的尺寸为148×151×2.5mm，负极板尺寸为：150×151×2.0mm，隔板尺寸为160×320×2.3mm或者160×320×2.0mm。
4.根据权利要求3所述的可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，其特征在于：所述正极板的数量为72、78、84、96或102片，负极板的数量为78、84、90、102或108片，隔板的数量为72、78、84、96或102片。
5.根据权利要求4所述的可在低荷电状态下正常起动的铅蓄电池，其特征在于：所述辅料包括碱土金属氧化物和硫酸盐，两者的添加量均为铅粉添加重量的0.2%。
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