CN114883674A - 一种铅蓄电池配组方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池配组方法，属于蓄电池生产技术领域。本发明方法通过电磁阀开闭阀的次数，采集化成某阶段气体排出速率的变化，增加电池活性物质转换效率的配组参数，通过该参数，可以进一步缩小电池间的差异，优化现有配组档位，由10个档位缩减至2个档位，提升生产效率，提高电池的配组一致性，确保成组电池的使用性能。

Description

一种铅蓄电池配组方法
技术领域
本发明属于蓄电池生产技术领域，特别涉及一种铅蓄电池配组方法。
背景技术
电动自行车用铅酸蓄电池，一般由4只或者5只12V电池串联形成电池组成组使用，例如市场上常见型号4812，即由4只6-DZF-12型号串联组成，每只额定电压为12V，容量为12Ah；常见型号4820，即由4只6-DZF-20型号串联组成，每只额定电压为12V，容量为20Ah。
电池批量生产过程中，如何将差异接近的电池进行配组是蓄电池生产工艺后期的一个关键控制点，如果不能有效区别单只电池的差异，就不能准确将差异接近的电池组合形成电池组，在后期的使用过程中，大概率就会出现因为某一只电池落后而影响整组放电时间，导致行驶里程缩短而退回企业，因此如何有效寻找电池的差异是这个关键控制点中的难点。
现有配组的方式都是根据电池的容量和开路电压进行配组，容量和开路电压的差异虽然能够反应电池最基本的性能，但是在化成过程中，活性物质受到铅膏浸酸时间、孔率和温度差异等影响，造成了转换效率存在差异，而这种差异仅仅通过容量和开路电压，并不能够完全被发现。此外，现有的生产配组模式，因为无法掌握每只电池活性物质转换的差异，因此在放电容检过程中，按照电压进行划档，并且为了进一步缩小电池之间的差异，档位会多达10个以上，这些工艺要求给后续的配组带来了极大的不便，无法满足配组要求的电池，就会要求进行二次重新上架放电配组。
在化成过程中，电流除用于活性物质转换之外，剩余全用于副反应，即水的分解反应。在化成期间，因为电池内部全部处于富液状态，几乎不存在氧复合，也就是说产生的气体都会排出，因此通过收集化成过程中产生的气体，计算出气体排出的速度，就能够掌握每只电池活性物质转换的效率，将转换效率接近的电池配成一组，就能够进一步降低单只落后的概率。
铅蓄电池的配组已经通过结合电池容量、电池整组放电的终止压差、电池最高充电电压时的压差，甚至大电流放电压差和大电流充电压差、电池内阻等等方式进行组配。但即便如此，铅酸蓄电池组还存在一定比例的电池单只落后的现象，缩短铅酸蓄电池组放电时间、电动车续行里程以及铅酸蓄电池组使用寿命的情况仍不在少数。
因此，有必要对铅蓄电池的配组方法做进一步地改进，以解决上述问题。本发明在此基础上，根据电池在化成过程中活性物质的充电接受能力进行配组，通过该参数，可以进一步缩小电池间的差异，提高电池的配组一致性，确保成组电池的使用性能。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种铅蓄电池配组方法，通过采集化成某阶段气体排出速率的变化，增加电池活性物质转换效率的配组参数，通过该参数，可以进一步缩小电池间的差异，优化现有配组档位，由10个档位缩减至2个档位，提升生产效率，提高电池的配组一致性，确保成组电池的使用性能。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种铅蓄电池配组方法，铅蓄电池化成过程中使用用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置来检测铅蓄电池化成过程中产生气体量，所述用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置包括：
气体收集机构，用于对铅蓄电池化成过程中产生气体进行收集；
气体过滤机构，用于将气体收集机构中收集到的气体进行过滤去除酸雾成分；
检测机构，用于检测经气体过滤机构过滤去除酸雾成分后剩余气体的量；
所述检测机构包括电磁阀，所述电磁阀具有开阀压力和闭阀压力，所述电磁阀的另一端还连接有真空泵，当电磁阀处气压达到开阀压力时，电磁阀打开，所述真空泵对装置内抽负压直到电磁阀处气压达到闭阀压力时，电磁阀关闭，通过统计电磁阀开闭阀的次数计量铅蓄电池化成过程中产生气体量；
铅蓄电池配组方法具体步骤包括：
(1)电池加酸完成后进行化成充放电，充电采用恒流充电，在恒流充电的其中至少一个阶段使用用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置收集气体，根据电磁阀开启的频率，进行第一次分档；
(2)化成充放电后，进行容检放电，同批次电池均放出相同的电量，采集放电最后的截止电压，根据截止电压进行第二次分档；
(3)铅蓄电池静置后，对于经过两次分档分为同一组的铅蓄电池，根据电池开路电压进行配组。
进一步地，所述气体收集机构为与铅蓄电池配合使用的加酸壶，加酸壶的顶面具有加酸孔，所述加酸孔处连接有收集管，所述收集管连接所述气体过滤机构。
进一步地，所述气体过滤机构包括用于过滤去除酸雾成分的防酸过滤片。
进一步地，所述气体过滤机构包括水洗过滤罐，所述水洗过滤罐中灌注有水，所述水洗过滤罐具有一端连接所述收集管、另一端伸入水面以下的进气管，水洗过滤罐的顶部还具有出气管，所述出气管连接所述检测机构。
伸入水面以下的进气管可以将化成反应产生气体中的酸雾成分除去，再通过顶部的出气口出去。
进一步地，所述水洗过滤罐顶面具有出气口，出气口处具有第一缓冲室，所述水洗过滤罐顶面还具有第二缓冲室，所述第一缓冲室与第二缓冲室之间通过缓冲管连接，所述出气管连接所述第二缓冲室。
两个缓冲室的设立可以防止真空泵抽负压时，将水洗过滤罐中的水抽出，损坏真空泵。
进一步地，所述水洗过滤罐的底面设有滑轮以及排水阀，所述水洗过滤罐还具有进水管，进水管上设有进水阀。
当使用该装置收集气体检测时，打开进水阀，通过进水管向水洗过滤罐中灌注水；当收集气体检测多次，水中酸浓度过高时，通过排水阀将水洗过滤罐中的水排出，重新灌注水，或者长期不使用该装置时通过排水阀将水洗过滤罐中的水排出。滑轮可以使水洗过滤罐易于移动。
具体的，步骤(1)中采用恒流充电和恒流放电，净充电量达到3C2Ah后，开始收集气体，所述电磁阀的开阀压力值为-90～-86kPa，闭阀压力值为-95～-93kPa，当净充电量达到4.5C2Ah后停止采集，气体收集机构停止收集气体，根据电磁阀开启的频率，进行划分为A档、B档；
A档：启动频率≥n次/Ah；
B档：启动频率＜n次/Ah；
其中，n为8～10的正整数。
其中，C2为蓄电池的2小时率容量；-90～-86kPa中的“-”号代表与标准大气压的压强差。
优选的，步骤(2)中截止电压为10.5V，根据截止电压为10.5V分为1档、2档，
1档：截止电压≥10.5V；
2档：截止电压＜10.5V。
优选的，步骤(3)中将开路电压压差小于50mV的电池分配为一组。
具体的，步骤(1)中化成中采用恒流充电和恒流放电的工艺步骤为：
(1)静置2h；
(2)使用恒流电流4A充电15h；
(3)使用恒流电流4A放电1h；
(4)使用恒流电流4A充电13h；
(5)静置2h；
(6)使用恒流电流4A放电2.5h；
(7)使用恒流电流4A充电4h；
(8)使用恒流电流3A充电10h；
(9)使用恒流电流5A放电3.5h；
(10)使用恒流电流4A充电4h；
(11)使用恒流电流3A充电8h；
(12)使用恒流电流10A放电2h；
(13)使用恒流电流4A充电4h；
(14)使用恒流电流3A充电3h；
(15)使用恒流电流1A充电10h；
(16)使用恒流电流1A充电3h；
(17)结束。
本发明的有益效果：
本发明方法通过电磁阀开闭阀的次数，采集化成某阶段气体排出速率的变化，增加电池活性物质转换效率的配组参数，通过该参数，可以进一步缩小电池间的差异，优化现有配组档位，由10个档位缩减至2个档位，提升生产效率，提高电池的配组一致性，确保成组电池的使用性能。
附图说明
图1为用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置示意图；其中，1-加酸壶，2-加酸孔，3-收集管，4-进气管，5-出气管，6-出气口，7-第一缓冲室，8-第二缓冲室，9-缓冲管，10-滑轮，11-排水阀，12-进水管，13-进水阀，14-电磁阀，15-真空泵，16-水洗过滤罐。
具体实施方式
实施例1
参照图1，一种用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置，包括气体收集机构，用于收集铅蓄电池化成过程中产生的气体；
气体过滤机构，用于将气体收集机构中收集到的气体进行过滤去除酸雾成分；
检测机构，用于检测经气体过滤机构过滤去除酸雾成分后剩余气体的量。
所述气体收集机构为与铅蓄电池配合使用的加酸壶1，加酸壶的顶面具有加酸孔2，在加酸壶的底面也具有能够穿过酸液的孔，所述加酸孔处2连接有收集管3，所述收集管3连接所述气体过滤机构。
在一种实施方式中，所述气体过滤机构包括用于过滤去除酸雾成分的防酸过滤片。
在另外一种实施方式中，如图1中所示，所述气体过滤机构包括水洗过滤罐16，所述水洗过滤罐16中灌注有水，所述水洗过滤罐16具有一端连接所述收集管3、另一端伸入水面以下的进气管4，水洗过滤罐的顶部还具有出气管5，所述出气管连接所述检测机构。伸入水面以下的进气管4可以将化成反应产生气体中的酸雾成分除去，再通过水洗过滤罐16顶部的出气口6出去。
所述水洗过滤罐16顶面具有出气口6，出气口6处具有第一缓冲室7，所述水洗过滤罐16顶面还具有第二缓冲室8，所述第一缓冲室7与第二缓冲室8之间通过缓冲管9连接，所述出气管5连接所述第二缓冲室8。在水洗过滤罐16顶面设立两个缓冲室可以防止真空泵抽负压时，将水洗过滤罐中的水抽出，损坏真空泵。
所述水洗过滤罐16的底面设有滑轮10以及排水阀11，所述水洗过滤罐16还具有进水管12，进水管12上设有进水阀13。
当使用该装置收集气体检测时，打开进水阀13，通过进水管12向水洗过滤罐16中灌注水；当收集气体检测多次，水中酸浓度过高时，通过排水阀13将水洗过滤罐16中的水排出，重新灌注水，或者长期不使用该装置时通过排水阀13将水洗过滤罐16中的水排出。滑轮10可以使水洗过滤罐易于移动。
所述检测机构包括电磁阀14，所述电磁阀14具有开阀压力和闭阀压力，所述电磁阀14的另一端还连接有真空泵15，当电磁阀14处气压达到开阀压力时，电磁阀14打开，所述真空泵15对装置内抽负压直到电磁阀14处气压达到闭阀压力时，电磁阀14关闭，通过统计电磁阀14开闭阀的次数计量铅蓄电池化成过程中产生气体量。
通过收集化成过程中产生的气体，计算出气体排出的速度，得到每只电池活性物质转换的效率，将转换效率接近的电池配成一组，能够进一步降低单只落后的概率。
对于图1中所示结构的装置来说，本申请使用时，水洗过滤罐16底面设有滑轮10，打开进水阀13，通过进水管12往水洗过滤罐16灌注水，通过滑轮移动并安装装置；铅蓄电池化成过程中产生气体，本申请的装置与铅蓄电池配合使用，化成产生的气体通过加酸壶1、加酸孔2进入收集管3，收集管3另一端连接气体过滤机构中水洗过滤罐16的进气管4；气体通过水后，去除酸雾成分，再通过水洗过滤罐16顶面的出气口6进入水洗过滤罐16顶面的第一缓冲室7，再通过缓冲管9，进入第二缓冲室8，通过出气管5进入检测机构；气体到达电磁阀14处，电磁阀14具有开阀压力和闭阀压力，电磁阀14的另一端还连接有真空泵15，当电磁阀14处气压达到开阀压力时，电磁阀14打开，真空泵15对装置内抽负压，直到电磁阀14处气压达到闭阀压力时，电磁阀14关闭，通过统计电磁阀14开闭阀的次数计量铅蓄电池化成过程中产生气体量；检测结束后，通过水洗过滤罐16底面的排水阀11将水洗过滤罐16中水排掉。
实施例2
使用实施例1中图1所示结构的装置对铅蓄电池化成过程中产生气体量进行检测。
电动自行车用6-DZF-20铅酸蓄电池，电池加酸完成后，开始流入化成槽，化成槽内对每只电池进行定位设计，按照每个回路18只电池，共3个回路，连接电源线和电压巡检线，开始进行化成，按照表1中化成工艺。
表1 化成工艺
步骤 工艺 电流(A) 时间(h)
1 静置 2
2 充电 4 15
3 放电 4 1
4 充电 4 13
5 静置 2
6 放电 4 2.5
7 充电 4 4
8 充电 3 10
9 放电 5 3.5
10 充电 4 4
11 充电 3 8
12 放电 10 2
13 充电 4 4
14 充电 3 3
15 充电 1 10
16 充电 1 3
17 结束
该工艺开始运行，总时间第19h，净充电量达到60Ah，即3C2Ah，将气体收集端下压，每一只电池对应相应的收集端，设置电磁阀气压参数，开阀压力设置为-90kPa，闭阀压力设置为-95kPa，在5kPa范围内，对电磁阀开阀和关阀形成控制，打开真空泵，加酸壶内部形成密封结构，电磁阀开始工作和计数，化成工艺继续进行。
化成工艺进行至第26.5h时，净充电量达到90Ah，即4.5C2Ah，恢复常压，然后气体收集端上移，根据电脑计数，采集阶段，充电量为30Ah，对每一只电池按照如下进行划档，如表2所示：
A档：启动频率≥10次/Ah；
B档：启动频率＜10次/Ah。
表2
Figure BDA0003669485670000081
统计后，A档位电池共33只，B档位21只，化成工艺进行至第12步，进行放电，根据截止电压10.5V划分为1档、2档，结果如表3所示，
1档：截止电压≥10.5V；
2档：截止电压＜10.5V。
表3
Figure BDA0003669485670000082
Figure BDA0003669485670000091
统计后，A1档位(表示根据充电量划分为A档，根据截至电压又划分为1档)电池共20只，A2档位电池共13只，B1档位共16只，B2档位共5只，化成结束后进行静置，8h后静置开路电压如表4所示。
表4
Figure BDA0003669485670000092
根据电池开路电压进行配组，同组内的电池，将开路电压压差小于50mV的电池配成一组。为了便于说明本申请的优势，本次化成结束后，将A档和B档电池也进行了混配，如表5-8所示。
表5
Figure BDA0003669485670000093
表6
Figure BDA0003669485670000094
表7
Figure BDA0003669485670000095
Figure BDA0003669485670000101
表8
Figure BDA0003669485670000102
对4组电池进行相同的方式进行充放电循环，放出相同的电量，为了保证每只电池都能够充满电，并充入相同的电量，而且不进行过充电，对充电因子进行了控制，采用如下方式进行循环：
放电电流：10A放电，放电2h；
充电电流：3A恒流，6.8h后转入下一步，即每次充电固定充入电量20.4Ah；
静置：30分钟后，转入放电；
以上组成1个循环，分别在50次和100次后，统计每一组电池放电截止电压，观察每一组的压差情况，如表9所示。
表9
电池组 50次循环后压差值 100次循环后压差值
1 0.314V 0.362V
2 0.289V 0.334V
3 0.457V 0.684V
4 0.842V 1.125V
从上表可以看到，电池组1和电池组2，采用同档位电池配组，循环过程中压差较小，并且前100次压差都未出现明显增大，说明电池一致性非常理想，电池组3，即使开路电压超过50mV，因为气阀划档属于同一类，电池的转换效率接近，电池压差虽然也增长，但是并未有突变的情况，相比电池组4，气阀划档属于混配，在前50次，压差远超前面3组电池，100次后，压差非常明显，电池一致性较差。
实施例3
使用实施例1中图1所示结构的装置对铅蓄电池化成过程中产生气体量进行检测。
电动自行车用6-DZF-20铅酸蓄电池，电池加酸完成后，开始流入化成槽，化成槽内对每只电池进行定位设计，按照每个回路18只电池，共3个回路，连接电源线和电压巡检线，开始进行化成，按照表10所示的化成工艺。
表10 化成工艺
步骤 工艺 电流(A) 时间(h)
1 静置 2
2 充电 4 15
3 放电 4 1
4 充电 4 13
5 静置 2
6 放电 4 2.5
7 充电 4 4
8 充电 3 10
9 放电 5 3.5
10 充电 4 4
11 充电 3 8
12 放电 10 2
13 充电 4 4
14 充电 3 3
15 充电 1 10
16 充电 1 3
17 结束
该工艺开始运行，总时间第19h，净充电量达到60Ah，即3C2Ah，将气体收集端下压，每一只电池对应相应的收集端，设置电磁阀气压参数，开阀压力设置为-86kPa，闭阀压力设置为-93kPa，在7kPa范围内，对电磁阀开阀和关阀形成控制，打开真空泵，加酸壶内部形成密封结构，电磁阀开始工作和计数，化成工艺继续进行。
化成工艺进行至第26.5h时，净充电量达到90Ah，即4.5C2Ah，恢复常压，然后气体收集端上移，根据电脑计数，采集阶段，充电量为30Ah，对每一只电池按照如下进行划档，如表11所示：
A档：启动频率≥8次/Ah；
B档：启动频率＜8次/Ah。
表11
Figure BDA0003669485670000111
Figure BDA0003669485670000121
统计后，A档位电池共29只，B档位25只，化成工艺进行至第12步，进行放电，根据截止电压10.5V划分为1档、2档，划档结果如表12所示；
1档：截止电压≥10.5V；
2档：截止电压＜10.5V。
表12
Figure BDA0003669485670000122
Figure BDA0003669485670000131
统计后，A1档位(表示根据充电量划分为A档，根据截至电压又划分为1档)电池共12只，A2档位电池共17只，B1档位共15只，B2档位共10只，化成结束后进行静置，8h后静置开路电压如表13所示。
表13
Figure BDA0003669485670000132
根据电池开路电压进行配组，同组内的电池，将开路电压压差小于50mV的电池配成一组。为了便于说明本申请的优势，本次化成结束后，将A档和B档电池也进行了混配，如表14-17所示。
表14
Figure BDA0003669485670000133
表15
Figure BDA0003669485670000134
Figure BDA0003669485670000141
表16
Figure BDA0003669485670000142
表17
Figure BDA0003669485670000143
对4组电池进行相同的方式进行充放电循环，放出相同的电量，为了保证每只电池都能够充满电，并充入相同的电量，而且不进行过充电，对充电因子进行了控制，采用如下方式进行循环：
放电电流：10A放电，放电2h；
充电电流：3A恒流，6.8h后转入下一步，即每次充电固定充入电量20.4Ah；
静置：30分钟后，转入放电；
以上组成1个循环，分别在50次和100次后，统计每一组电池放电截止电压，观察每一组的压差情况，如表18所示。
表18
电池组 50次循环后压差值 100次循环后压差值
1 0.284V 0.312V
2 0.291V 0.326V
3 0.557V 0.820V
4 0.865V 1.747V
从上表可以看到，电池组1和电池组2，采用同档位电池配组，循环过程中压差较小，并且前100次压差都未出现明显增大，说明电池一致性非常理想，电池组3，即使开路电压超过50mV，因为气阀划档属于同一类，电池的转换效率接近，电池压差虽然也增长，但是并未有突变的情况，相比电池组4，气阀划档属于混配，在前50次，压差远超前面3组电池，100次后，压差非常明显，电池一致性较差。

Claims (10)

1.一种铅蓄电池配组方法，其特征在于，铅蓄电池化成过程中使用用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置来检测铅蓄电池化成过程中产生气体量，所述用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置包括：
气体收集机构，用于对铅蓄电池化成过程中产生气体进行收集；
气体过滤机构，用于将气体收集机构中收集到的气体进行过滤去除酸雾成分；
检测机构，用于检测经气体过滤机构过滤去除酸雾成分后剩余气体的量；所述检测机构包括电磁阀，所述电磁阀具有开阀压力和闭阀压力，所述电磁阀的另一端还连接有真空泵，当电磁阀处气压达到开阀压力时，电磁阀打开，所述真空泵对装置内抽负压直到电磁阀处气压达到闭阀压力时，电磁阀关闭，通过统计电磁阀开闭阀的次数计量铅蓄电池化成过程中产生气体量；
所述铅蓄电池配组方法具体步骤包括：
(1)电池加酸完成后进行化成充放电，充电采用恒流充电，在恒流充电的其中至少一个阶段使用用于铅蓄电池化成过程中产生气体量检测的装置收集气体，根据电磁阀开启的频率，进行第一次分档；
(2)化成充放电后，进行容检放电，同批次电池均放出相同的电量，采集放电最后的截止电压，根据截止电压进行第二次分档；
(3)铅蓄电池静置后，对于经过两次分档分为同一组的铅蓄电池，根据电池开路电压进行配组。
2.根据权利要求1所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，所述气体收集机构为与铅蓄电池配合使用的加酸壶，加酸壶的顶面具有加酸孔，所述加酸孔处连接有收集管，所述收集管连接所述气体过滤机构。
3.根据权利要求2所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，所述气体过滤机构包括用于过滤去除酸雾成分的防酸过滤片。
4.根据权利要求2所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，所述气体过滤机构包括水洗过滤罐，所述水洗过滤罐中灌注有水，所述水洗过滤罐具有一端连接所述收集管、另一端伸入水面以下的进气管，水洗过滤罐的顶部还具有出气管，所述出气管连接所述检测机构。
5.根据权利要求4所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，所述水洗过滤罐顶面具有出气口，出气口处具有第一缓冲室，所述水洗过滤罐顶面还具有第二缓冲室，所述第一缓冲室与第二缓冲室之间通过缓冲管连接，所述出气管连接所述第二缓冲室。
6.根据权利要求4所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，所述水洗过滤罐的底面设有滑轮以及排水阀，所述水洗过滤罐还具有进水管，进水管上设有进水阀。
7.根据权利要求1所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，步骤(1)中采用恒流充电和恒流放电，净充电量达到3C2Ah后，开始收集气体，所述电磁阀的开阀压力值为-90～-86kPa，闭阀压力值为-95～-93kPa，当净充电量达到4.5C2Ah后停止采集，气体收集机构停止收集气体，根据电磁阀开启的频率，进行划分为A档、B档；
A档：启动频率≥n次/Ah；
B档：启动频率＜n次/Ah；
其中n为8～10的正整数。
8.根据权利要求7所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，步骤(2)中截止电压为10.5V，根据截止电压为10.5V分为1档、2档，
1档：截止电压≥10.5V；
2档：截止电压＜10.5V。
9.根据权利要求8所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，步骤(3)中将开路电压压差小于50mV的电池分配为一组。
10.根据权利要求7所述的铅蓄电池配组方法，其特征在于，步骤(1)中化成中采用恒流充电和恒流放电的工艺步骤为：
(1)静置2h；
(2)使用恒流电流4A充电15h；
(3)使用恒流电流4A放电1h；
(4)使用恒流电流4A充电13h；
(5)静置2h；
(6)使用恒流电流4A放电2.5h；
(7)使用恒流电流4A充电4h；
(8)使用恒流电流3A充电10h；
(9)使用恒流电流5A放电3.5h；
(10)使用恒流电流4A充电4h；
(11)使用恒流电流3A充电8h；
(12)使用恒流电流10A放电2h；
(13)使用恒流电流4A充电4h；
(14)使用恒流电流3A充电3h；
(15)使用恒流电流1A充电10h；
(16)使用恒流电流1A充电3h；
(17)结束。
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