KR100737994B1 - 납축전지 형성방법 및 그 방법을 수행하기 위한 플랜트 - Google Patents

납축전지 형성방법 및 그 방법을 수행하기 위한 플랜트 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 납축전지 형성방법은, 주어진 농도와 주어진 온도에서 제1전해액(7)이 제1탱크(5)로부터 수집되는 단계와; 상기 제1전해액(7)이 전지로 분배되는 단계; 상기 제1전해액(7)이 시간의 선택된 양 동안 소정의 실질적으로 일정한 농도 및 온도에서 연속적으로 순환되는 단계; 주어진 초기 충전 시간에 대한 상기 제1전해액(7)의 순환 동안 직류로 상기 전지가 전력화되는 단계; 이전의 전해액 보다 더 큰 농도에서 그리고 선택된 시간 및 다른 선택된 시간에 대해 실질적으로 일정한 온도에서 상기 제1전해액(7)의 순환이 중지되어 상기 제2전해액(8)이 상기 전지에서 순환되고, 상기 제2전해액이 제2탱크(6)로부터 수집되는 단계 및; 상기 전지가 선택된 제2충전시간에 대한 상기 제2전해액의 순환 동안 직류로 전력화되는 단계로 이루어진다.

Description

납축전지 형성방법 및 그 방법을 수행하기 위한 플랜트{METHOD FOR FORMING LEAD ACID BATTERIES AND PLANT FOR IMPLEMENTING SAID METHOD}
본 발명은, 열 엔진(thermal engines)만은 아니지만, 이러한 열 엔진을 기동시키기 위해 주로 이용되는 형태의 납축전지를 신속하게 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
납축전지를 제조하기 위한 프로세스의 중요한 단계는, 소위 판(plates)의 "형성(forming)"으로, 여기서 함유된 활성 물질(active matter)의 전자화학 변환에 의해 전지의 충방전 작용이 일어나고, 이는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키고, 또 반대로 전기 에너지를 화학 에너지로 변환시키게 된다.
납축전지가 제조될 때, 판은 불활성(inert), 또는 비활성(inactive)이고; 이러한 판들을 활성(active)으로 만들기 위해, 판은 비활성 산화납(lead oxide)과 황산염납(lead sulfate)을 금속납(metallic lead)과 이산화납(lead dioxide)으로 변환시키는 형성 절차를 따르게 되고, 이는 각각 음극판과 양극판의 활성 구성요소이다.
형성은 기본적으로 물(전해액)로 희석된 황산 용액에 직류로 충전 진행에 대해 반대 극성의 판을 제기하는 것으로 구성되고, 이는 전지에 판을 조립하기 전 또는 후에 수행될 수 있다.
이전의 경우에는 탱크(tank)에서의 형성을 말하고, 나중의 경우에는 케이스(case)에서의 형성을 말한다.
실제에 있어서, 케이스에서의 형성이 - 그 적용에 관계없이 일반적으로 모든 소형 전지를 위해 - 주로 비용을 억제하기 위해 엔진 스타터 전지를 형성하는데 이용된다.
제시된 방법은 희석된 전해액으로 전지를 채우고, 형성 공정을 완료하며, 이어 더욱 농축되어지는 형성 전해액을 제거 및 대체하고, 전지의 동작에서 이용된 것과 매우 유사한 농도의 전해액으로 전지를 다시 한번 채우는 것을 포함한다.
이러한 방법은 한가지 산(acid)을 이용하는 방법과 구별하기 위해 "2가지 산에 따른 케이스에서의 형성"으로 불리우고, 여기서 이용된 형성 전해액은 더욱 농축됨에 따라, 형성 공정의 마지막까지, 전지의 동작을 위해 적절한 농도에 도달하고, 따라서 공정을 단순화하게 된다.
기술은 형성 공정을 가속시키기 위해 항상 노력하게 되고, 그렇게 하기 위한 오직 하나의 효과적인 방법은 비활성을 활성 물질로 변환시키는데 전달되는 전기 에너지의 동일한 양을 위한 형성 시간을 줄이기 위해 충전 전류를 증가시키는 것이다.
그러나, 얼마나 많은 전류가 증가될 수 있는가와, 형성 변경을 견디도록 판( 특히, 양극 판)의 능력에 의한 강요, 그리고 특히 형성 공정에서의 발열성 반응에 의해 발생된 열에 의해 도입된 온도의 증가 및 전류의 흐름에 의한 주울 효과(Joule effect)에는 한계가 있다.
특히, 전지에서 전해액을 형성하는 양과 관련하여 비활성에서 활성으로 변경되어져야만 하는 산화납 질량의 높은 비로 인해 많은 양의 열이 "케이스에서의" 스타터 전지의 형성 동안 발생된다.
기술의 상황은, 양극판에 대해 특정 산화 공식을 이용함과 더불어 매우 희석된 형성 산을 이용하고, 판 형상성을 개선하도록 2가지 산으로 형성하기 위한 선택 및, 형성 공정 동안 온도의 증가를 제어하도록 복잡한 냉각 시스템 조차에도 의지함으로써, 상기 문제를 극복하도록 시도되고 있다.
그럼에도 불구하고, 형성 시간은 12∼15시간 이하로 떨어뜨리는 것이 불가능하였다,
전지 형성과 관련한 다른 문제는, 특히 공정의 마지막으로 감에 따라, 산 전해액을 형성함에 있어 물의 전기분해에 기인하여 산소와 함께 발생된 수소와 관련된다.
수소는 건강에 해로운 산 미스트(acid mists)를 혼합할 뿐만 아니라 소정 농도 이상의 공기에서 산소와 결합하여 혼합물 폭발을 발생시킬 수 있는 경향을 나타낸다.
이는 매연 추출 및 감소 시스템 적용에 필요로 되는 안정성 문제를 불러 일으키고, 그 크기는 포함된 더 높은 형성 전류에 기인하는 수소 및 산 미스트의 더 큰 양을 처리하도록, 가속화된 형성 공정의 경우, 채택되어져야 한다.
형성 공정 동안 발생된 열을 효과적으로 소산시키기 위한 알려진 방법은 외부 탱크로부터 전지로, 그리고 그 반대로 파이프를 통해 희석된 형성 전해액을 순환시키는 것을 포함하고, 따라서 전해액은 냉각될 수 있고, 이는 요구된 농도에 대해 물로 더욱 희석에 의한 정정된 농도로 증가된다.
이러한 방법을 이용하여, 전지 동작에 필요한 농도로 산이 형성 공정의 마지막에서 부가됨에 따라, 궁극적으로 종료된 충전된 전지를 생산하여 이용을 위해 준비되는 연속적인 "2가지 산(two-acids)" 공정이 달성된다.
순환의 2가지 산에 따른 이러한 형성 공정이 YUASA 회사에 의해 제출된 스웨덴 특허출원 SE-701184-9(공개번호 441403)에 개시되어 있다.
이러한 문서는 형성 공정 동안 발생된 수소에 의해 제기된 안전성 문제에 대한 언급이 결여되어 있다.
본 발명의 첫번째 목적은, 수소 및 관련된 산 미스트가 전체 안정성의 조건을 해결하는 2가지 산에 따른 형성 공정을 설계하는 것이다.
특히, 양극판에 대한 이상적인 형성 조건은 40∼60℃ 사이의 온도를 요구하므로, 형성 공정을 통해 전해액이 바로 냉각되지 않고 적절한 온도에서 일정하게 유지되는 것을 확실히 하는 것이 중요하다.
본 발명의 두번째 목표는, 그 농도 뿐만 아니라 온도가 주어진 설정에서 안정을 유지하는 전해액을 형성하는 순환을 위해 연속적으로 시스템을 개발하는 것이다.
더욱이, 연속적인 형성에서 그 반복된 이용으로부터 추출될 수 있는 불순물의 소정의 증가를 회피하기 위해, 언제나 새롭게 준비되어지도록 전해액을 형성하기 위해 바람직하다.
본 발명의 다른 목적은, 전지 내부에 남겨지고, 따라서 종료된 전지인 제2충전을 위해 이용된 더욱 농축된 작업 전해액을 준비하도록 이용되어지는 제1형성공정에서 이용된 희석된 전해액이, "자신(own)"을 포함하는, 이용을 위해 충전되고 준비될 수 있게 하는 시스템을 제공하는 것이다.
예컨대, 전지가 사용 중일 때, 방전될 경우, 전해액의 농축의 연속적인 점진적인 감소에 따라, 전해액의 황산은 황산 납의 형태로 양극 및 음극판에 의해 "고정(fix)"된다.
판의 활성 물질이 전지 내의 황산과 관련하여 너무 크면, 전해액의 농도가 물의 농도와 비슷하게 될 때까지 방전이 연속적으로 될 수 있다.
이러한 조건에서, 판에서의 황산 납의 용해성은 증가하고, 따라서 적은 양임에도 불구하고 전해액에서 용해된다.
계속되는 충전 동안, 전해액 농도의 증가에 기인해서 용해성이 줄어들기 때문에, 황산 납은 다시 침전된다.
전기적 절연을 확실히 하기 위해 양극 및 음극판 사이에 위치한 미세다공성(microporous) 세퍼레이터 상에서 계속적으로 증가하는 황산 납은 충전 동안 금속납으로 변환된다.
이는 세퍼레이터를 전기적으로 도전성으로 만들어, 반대 극성의 판을 단락회로로 하여 전지가 사용할 수 없게 된다.
이러한 위험은, 전해액의 양, 그리고 황산의 결과가 판의 활성 질량의 양에 대해 화학량론적으로 부적당한, 특히 요즘의 기동 전지에 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 전지의 전해액에 소정의 첨가제를 포함하도록 통상적으로 실시하고 있다.
이러한 첨가제는, 전해액이 매우 희석되었을 경우 황산 납의 용해성을 감소시키는, 주로 용해가능 알카리성 황산염(soluble alkaline sulfates)이다.
첨가제는 투여를 위해 요구되는 처치를 하게 됨에 따라 자연적으로 부가 비용을 나타내게 된다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은, 고가가 아닌 원재료로부터 시작되는 형성 공정에서 이용된 전해액에 대한 자동 원위치 제조 및 첨가제의 투여를 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 중요한 목적은, 순환에서 2가지 산을 이용하는 기동 전지 형성의 공정의 속도를 높이고, 전지의 수행능력을 최적화하며, 공정의 비용을 감소시키고, 환경 및 안정성 요구에 따르는 것이다.
이후 더욱 상세히 설명되는 상기한 목적들은 청구항 제1항에 기재된 바와 같은 납축전지를 형성하기 위한 방법에 의해 달성된다.
즉, 본 발명은, 제1농도와 제1온도에서 적어도 하나의 제1전달 파이프를 통해 제1탱크로부터 제1전해액을 수집하는 단계와;
각각이 상기 전지 중 하나에 접속된 전달 파이프에 설치된 적어도 하나의 분배기 파이프를 통해, 수집 파이프로 흐르는 되돌림 파이프에 접속된, 상기 각 전지의 상기 제1전해액을 분배하는 단계;
상기 전지 내부에서, 상기 전지나 전지 셀에 제공된 하나 이상의 홀을 통해 들어가고 나가며 상기 제1탱크로 되돌려지는, 상기 제1전해액을 연속적으로 선택된 시간 동안 순환시키는 단계;
상기 제1전해액이 순환되는 동안 선택된 초기 충전시간에 대해 직류로 상기 전지를 전력화(powering)하는 단계;
상기 제1탱크로부터 상기 전지로의 상기 제1전해액의 순환을 정지시키는 단계;
다른 선택된 시간 동안 제2탱크로부터 상기 전지로 제1전해액의 농도와 다른 농도의 제2전해액을 순환시키는 단계 및;
선택된 제2충전 시간에 대해 상기 제2전해액의 순환 동안 직류로 상기 전지를 전력화하는 단계를 갖춘 납축전지 형성방법을 특징으로 한다.
이러한 발명에 개시된 방법의 이점의 하나는, 제2전해액의 농도 보다 더 낮은 농도로 황산의 수용액을 구비하는 제1전해액이 순환하는 동안, 전지 형성 시간을 통해 일정한 농도 및 온도를 유지하는 것이다.
열의 발생을 포함하는 형성 동안 전지 내부에서 야기되는 전자화학적 반응은 잘 알려진 지식이므로, 순환 전해액의 온도는 상승하는 경향이 있고, 그 농도는 명백히 변화된다.
본 발명의 방법이 전류의 밀도에 있어 명백한 이점을 제공하는 순환에 있는 동안 일정 농도 및 온도로 제1전해액의 유지를 포함하는 사실은 알려진 기술이 이용될 때 보다 제1전해액에 따른 형성 공정을 통해 더 높게 유지될 수 있고, 알려진 기술은 전지에서 위험한 과열 현상과 형성되어지는 판의 품질 저하를 회피하기 위해 더 낮은 전류를 유지해야만 한다.
제1전해액에서 보다 더 큰 농도의 황산의 수용액인 제2전해액에 대해 제2순환이 동일하게 적용된다.
다시, 순환하고 있는 전해액의 온도 및 농도는, 선택된 값에서, 제2혼합 충전(second mixing charge)을 수행하는데 걸리는 시간을 통해, 일정하게 유지된다.
기본적으로, 한편으로는 전해액의 일정한 온도는, 발생된 열이 전해액을 냉각시킴으로써 소산되므로, 더 높은 충전 전류가 이용되기 때문에, 더 빠른 형성 공정을 가능하게 하고; 다른 한편으로는 각 전지의 실질적으로 동일한 형성및, 결과적으로 전지의 유사한 수행능력은, 제1형성단계와 제2혼합충전단계 양쪽에서 전해액의 일정 농도에 의해 보증되고, 전해액의 연속적인 재적정량(re-titering)에 감사하게 된다.
더욱이, 제1형성충전에서 이용된 더욱 희석된 전해액은 제2저장탱크로부터 빼내는 제2혼합충전을 위해 필요한 더욱 농축된 전해액을 물로 희석함으로써 준비되어, 혼합 전해액은 제1의 초기 형성 충전을 위해 이용된 더욱 희석된 전해액을 준비할때까지 연속적으로 이용되고, 따라서 그 저장탱크 내의 제2전해액의 축적을 회피하고, 그 연속적인 갱신을 확실히 한다.
더욱 농축된 전해액이 또한 더욱 농축된 전해액까지도 물로 희석시킴으로써 준비되지만, 활성 물질 제조공정에서 이용된 것과 일치시킬 필요는 없다.
이는 특히, 더욱 농축된 전해액이, 황산납의 용해성을 억제하는데 필요한 농로도, 형성 공정의 마지막에서, 결과적으로 전지에 포함되는 알카리성 황산염을 제조하기 위해 황산 내용물을 특히 중화시키기에 충분한 양으로, 알카리성 수소 첨가제로 처치되어, 심하게 방전된 경우의 단락회로의 위험에 대해 전지를 보호한다.
또한 본 발명은, 상기한 전지 형성 방법을 수행하기 위한 플랜트와 관련된다.
한편, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 방법에 따른 제1전해액을 순환시키기 위한 레이아웃을 나타낸 도면,
도 2는 제1전해액 보다 더욱 농축된 제2전해액이 순환될 때의, 도 1의 플랜트의 레이아웃을 나타낸 도면,
도 3은 전지와 전지 형성 플랜트 사이의 연결 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
표 1은 본 발명의 방법에 따라 수행되는 형성 공정의 예로서, 공정 파라메터와 상기 파라메터를 이용하여 형성된 전지의 수행능력을 나타낸다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 도면부호 1로 전체적으로 나타낸 벤치가 형성공정에 필요한 다수의 전지(2)를 지지하는데 이용된다.
상기 각 전지(2)는 직류의 전달을 위해 플랜트의 버스바(busbars)를 형성하도록 연결된 적어도 하나의 양극단자(210)와 적어도 하나의 음극단자(220)를 갖는다.
또한, 알려진 형태의 플러그(240)가 삽입되는 홀(230)이 있고, 순환하는 전해액을 전달하는 도관과 되돌리는 도관인 2개의 도관으로 셀프-레벨링장치(self-leveling device)가 완성된다.
모든 전지는 직렬로 연결되고, 직렬의 양극 및 음극단자는 직류를 전달하기 위해 하나의 양(positive)과 하나의 음(negative)인 2개의 버스바에 코넥터에 의해 부착된다.
전해액은 분배기 파이프(3)에 연결된 전달 파이프(310)를 통해 각 전지로 전달되는 한편, 전해액은 수집 파이프(4)에 연결된 되돌림 파이프(410)를 통해 되돌려진다.
분배기 파이프(3)와 수집 파이프(4)는 각각 전해액(7,8)을 포함하는 탱크(5,6)에 연결된다.
더욱 정확히 설명하면, 분배기 파이프(3)는, 순환하는 전해액이 탱크(5)에 포함된 전해액(7)일 경우 공급 파이프(9,13; feed piping)에 연결되고, 또는 순환하는 전해액이 탱크(6)에 포함된 전해액(8)일 경우 공급 파이프(10,101; feed piping)에 연결된다.
수집 파이프(4)는 순환하는 전해액이 제1전해액(7) 또는 제2전해액(8)인가의 여부에 따라 파이프(12 또는 11)에 연결된다.
전지(2) 형성을 위한 공정의 제1단계 동안, 제2전해액(8) 보다 더 낮은 소정 농도에서 황산의 수용액으로 구성된 제1전해액(7)이, 펌프(14)를 향해, 밸브(15)를 파이프(13)를 통해, 각 전지에 대해 전달 튜브(310)를 통해 분배되는 분배기 파이프(3)에 도달하여, 제1탱크(5)로부터 수집된다.
전해액(7)은 흡입구가 2개의 탱크와 연통하는 파이프(171)에 접속되어 탱크(5,6)에 네가티브 압력을 야기시키는 팬(17)에 의해 순환을 유지하게 된다.
탱크(5,6)가 수집 파이프(4)와 연통하므로, 전기 팬(17)에 의해 야기된 네가티브 압력은 형성되는 전지에 의해 전해액의 일정하고 연속적 흡입을 보증한다.
각 전지(2)는 전해액이 순환하는 동안의 내내 전지에 공급되는 전해액이 소정 레벨(L)에 도달하면서 상기 레벨을 넘지 않도록 할 수 있는 알려진 형태의 레벨링 장치와 맞추어진다.
각 전지(2)에 있어서, 제1전해액(7)은 레벨(L)에 도달하고, 파이프(4)를 통해 나가고 밸브(18)와 파이프(12)를 통해 액화가스 분리기(19; liquid-gas separator)로 들어간다.
액상(liquid phase)은, 제1탱크(5)의 바닥에 도달하는 파이프(191)를 통해, 분리기의 바닥에 수집된다.
수소를 포함하는 기상(gaseous phase)은, 분리기의 상부에서 파이프(192)를 통해 배출되어, 파이프(171)를 통해 전기 팬(17)에 의해 추출되는 제1탱크(5)의 상부에 도달한다.
이러한 제1순환은 전지가 주어진 전류로 충전되는 동안, 선택된 시간 동안 계속된다.
상기한 바와 같이, 충전 동안 전지(2) 내부에서 야기되는 전자화학적 현상은 전해액(7)의 온도의 증가를 발생시킨다.
전해액(7)을 전달하는 파이프(9)에 위치한 온도센서(20)는 전해액(7)의 온도와 관련한 신호를 입수한다.
이러한 센서는, 센서(20)가 선택된 값과 관련하여 온도 변동을 기록할 때를 가능하게 하는 열교환기(21)에 연결됨에 따라, 요구된 온도로 전해액(7)을 재저장하는데 필요로 되는 냉각 또는 가열 능력을 제공한다.
또한, 전해액(7)은 탱크(5)에 배치된 밀도계(22; density meter)에 의해 제어되어, 일정한 선택된 농도로 유지된다.
판형성 공정 동안 발생된 황산은 농도를 증가시키고 결과적으로 또한 전해액(7)의 밀도를 증가시킴에 따라, 확립된 설정을 벗어나게 된다.
결과적으로 탈염수(demineralized water)가, 펌프(25) 및 전해액(7)의 올바른 농도를 재저장하는데 필요한 시간 동안 열리는 밸브(26)에 의해 탱크(24)로부터 파이프(23)를 통해 제1탱크(5)로 전달된다.
확립된 시간 설정과 전류 조건에 따라 충전 형성을 완료한 후, 제1전해액(7)이 확립된 온도와 농도에서 순환되는 시간 동안, 제1전해액(7) 보다 더 농축된 제2전해액(8)은 순환을 개시하게 된다.
이러한 목적을 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1전해액(7)의 순환을 정지시키도록 밸브(15,28)가 닫혀지고, 제2전해액(8)을 포함하는 탱크(6) 상에서 밸브(29,30)가 열려진다.
이러한 전해액(8)은 펌프(31)에 의해 전지(2)로 전달되고, 분리기(33)에서 액화가스 분리 후, 파이프(4) 및 밸브(32)를 통해 제2탱크(6)로 되돌아간다.
이러한 분리기(33)에 있어서, 분리기(19)와 동일한 방법으로, 액체가 수집되어 파이프(331)를 통해 탱크(6)로 되돌아가는 한편, 가스가 파이프(332)를 통해 지나가서, 파이프(171)를 통해 팬(17)에 의해 추출될 수 있는 탱크(6)의 상부에 도달한다.
다시, 제2전해액(8)의 온도 및 농도는 전달 파이프(10) 상에 위치한 온도센서(34) 및 밀도센서(35)에 의해 각각 측정된다.
온도는 온도센서(34)에 의해 보내지는 신호에 의해 제어되는 열교환기(36)에서 정정된다.
이러한 예의 경우, 열교환기(36)는 열교환기(21)와 별개이다.
다른 플랜트 설계 해법에서, 단일 열교환기가 제1 및 제2전해액에 대해 이용되어질 수 있다.
농도는 밀도센서(35)로부터 도입되는 신호에 의해 제어되는 밸브(27) 및 펌 프(25)를 통해, 탱크(24)로부터 탱크(26)로 바람직하게 탈염수를 부가함으로써 정정된다.
혼합(mixing) 상황으로 불리우는 이러한 상황 동안, 전지(2)에 포함된 제1전해액(7)은, 전지를 위해 확립된 작업 농도로 전해액을 제조하도록 제1전해액(7)과 혼합되는, 더욱 농축된 제2전해액(8)에 의해 대체된다.
전지를 통해 작업 농도의 달성을 용이하게 하도록, 전지는 혼합 동안 낮은 전류 비율로 계속 충전된다.
상기한 모든 동작은 CPU를 제어하는 컴퓨터와 같은 도면에 도시되지 않은 프로그래밍 및 제어장치에 의해 관리된다.
형성되는 전지는, 형성 충전(forming charge)과 혼합 충전(mixing charge)을 통해, 제어됨과 더불어 일정한 온도 및 농도에서, 2가지 전해액(7,8)의 강행된 순환에 따른다는 것이 상기 설명으로부터 명백하다.
상기와 같은 공정은 모든 전지의 동일한 충전과 결과적으로 일정한 수행능력 레벨을 보증한다.
더욱이, 형성 사이클을 통한 순환 전해액의 온도 제어는, 75% 만큼 많이 감소될 수 있는 형성 시간의 결과적 감소에 따라, 이용되어지는 더 높은 형성전류를 가능하게 한다.
요구된 농도로 전해액(7,8)을 준비하기 위한 방법은 상당히 다르다.
더욱 희석된 제1전해액(7)은 제2전해액(8)으로부터 시작되어 얻어지고, 이는 탈염수로 희석된다.
이러한 목적을 위해, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 펌프(38)는 제2전해액(8)을 탱크(6)에서 탱크(5)로 전달하고, 한편 그 희석을 위한 물은 펌프(25) 및 밸브(26)를 통해 탱크(24)로부터 수집된다.
제1전해액(7)을 준비하기 위한 공정은 밀도계(22)에 의해 좌우된다.
제1전해액(7) 보다 더 농축된 제1탱크(6) 내의 제2전해액(8)은 펌프(43)에 의해 탱크(6)로 보내지는 제3탱크(37)에 포함된, 양 전해액(8 또는 7) 보다 더 농축된 제3전해액(39)으로부터 시작된다.
전해액을 희석하기 위한 물은 탱크(24)로부터 빼내어진다.
탈염수는 펌프(25) 및 밸브(27)를 매개로 탱크(6)에 도달하고, 제2전해액(8)을 준비하기 위한 공정이 밀도계(35)에 의해 좌우된다.
이미 설명한 바와 같이, 심하게 방전된 후 재충전할 경우, 전지에서의 단락회로의 시작을 방지하기 위해, 주로 용해되는 황산염인, 소금을 포함하는 것이 전지의 전해액을 위해 유용하다.
결과적으로 본 발명의 방법은 전해액(8)에 이러한 용해되는 황산염의 부가를 포함한다.
이러한 목적을 위해, 제4탱크(40)에 포함된 알카리성 수소는 펌프(41)에 의해 빼내어지고, 제3전해액(39)이 파이프(16)를 통해 제2탱크(6)로 흐르기 전에 탱크(37)에 부가되며, 여기서 제2전해액(8)을 제조하도록 희석된다.
황산에 부가되는 알카리성 수소의 양은 밀도계(42)를 이용해서 탱크(37)의 전해액의 밀도를 측정함으로써 제어된다.
팬(17)에 의해 추출된 기상(gaseous phase)은, 수집 파이프(4)에 연결된, 각각 충분한 양의 공기를 흡입하게 하는 개구(44)를 갖는, 각 파이프(410)에서 희석되기 때문에, 공기에서의 폭발 임계 이하의 수소를 포함한다.
수소의 농도는 공지의 장치(17)를 이용해서 파이프(171)에 대한 입구에서 기록된다.
팬(17)에 의해 추출된 기상에서의 수소의 농도를 위한 최대 허용가능 값이 초과되면, 충전 공정이 자동적으로 정지되고, 팬(17)의 소정의 고장의 경우 동일하게 적용된다.
평가된 전지 용량 C20 (Ah) 형성 공정 시간 (hours) 충전 (Ah) 충전 (Ah/kg m. a. +) C20 팩터에서 첫번째 방전 (% 평가) C20 팩터에서 두번째 방전 (% 평가) C20 팩터에서 세번째 방전 (% 평가)
62 순환 전해액 5 309 550 87 94 99
62 통상적 20 309 550 90 95 99
표 1은 상기한 방법에 따라 전해액을 순환시킴으로써, 그리고 통상적인 시스템을 이용하여 각각 형성된 2가지의 동일한 기동 전지의 초기 용량을 비교한다.
형성 사이클 동안 동일한 양의 에너지가 전달되는데 대해, 전지는 3번 방전된 후 20시간 용량을 기초로, 동등한 초기 수행능력 레벨을 실증하지만, 순환 전해액을 이용하는 형성 시간은 5시간에 대한 양, 예컨대 통상적 형성을 위해 필요한 시간의 1/4이다.
따라서, 명백히, 모든 특정 목표는 본 발명의 형성방법 목적에 의해 달성된다.
특히, 형성 시간을 감소시킬 뿐만 아니라 전지의 실질적인 일정한 품질을 달 성하는 산이 순환하는 모든 시간 내내 2가지 산이 일정한 농도 및 온도에서 유지되는 동안 모든 특징이 전지를 구성하는 셀의 동일한 충전과 동일한 화학적 변환인 전지를 형성한다는 것을 강조할 가치가 있다.

Claims (19)

  1. 각 전지가 적어도 하나의 양극단자와 적어도 하나의 음극단자를 구비하고, 순환에서 전해액의 전달 및 되돌림을 위한 적어도 하나의 홀 및 상기 순환 전해액의 레벨을 동일하게 유지하기 위한 장치를 갖는 납축전지(2) 형성방법으로,
    제1농도와 제1온도에서 적어도 하나의 제1전달 파이프(13)를 통해 제1탱크(5)로부터 제1전해액(7)을 수집하는 단계와;
    각각이 상기 전지 중 하나에 접속된 전달 파이프(310)에 설치된 적어도 하나의 분배기 파이프(3)를 통해, 수집 파이프(4)로 흐르는 되돌림 파이프(410)에 접속된, 상기 각 전지의 상기 제1전해액(7)을 분배하는 단계;
    상기 전지 내부에서, 상기 전지나 전지 셀에 제공된 하나 이상의 홀을 통해 들어가고 나가며 상기 제1탱크(5)로 되돌려지는, 상기 제1전해액(7)을 연속적으로 선택된 시간 동안 순환시키는 단계;
    상기 제1전해액(7)이 순환되는 동안 선택된 초기 충전시간에 대해 직류로 상기 전지를 전력화(powering)하는 단계;
    상기 제1탱크(5)로부터 상기 전지로의 상기 제1전해액(7)의 순환을 정지시키는 단계;
    다른 선택된 시간 동안 제2탱크(6)로부터 상기 전지로 제1전해액의 농도와 다른 농도의 제2전해액(8)을 순환시키는 단계 및;
    선택된 제2충전 시간에 대해 상기 제2전해액(8)의 순환 동안 직류로 상기 전지를 전력화하는 단계를 갖추되;
    점검수단(20,34)과 제어수단(21,36)이 상기 전지 내부에서 제1 및 제2전해액의 순환 동안 상기 제1 및 제2전해액의 각각의 온도를 일정하게 유지하도록 제공되고, 밀도제어장치(22,35)가 상기 전지 내부에서 제1 및 제2전해액의 순환 동안 상기 제1 및 제2전해액의 농도를 일정하게 유지하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1전해액(7)의 농도가 제2전해액(8)의 농도 보다 낮고, 제1전해액의 순환 동안 상기 전지를 전력화하는 전류 강도가 제2전해액의 순환 동안 전지를 전력화하는 전류 강도 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전지의 상기 제1 및 제2전해액(7,8)의 순환 동안, 상기 제1 및 제2탱크(5,6)의 상기 제1 및 제2전해액의 농도가 밀도제어장치(22,35)에 의해 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 제2전해액(8) 보다 더 낮은 농도인 상기 제1전해액(7)이 바람직하게는 탱크(24)로부터 도입되는 탈염수로 후자를 희석함으로써 상기 제2전해액(8)으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2전해액(8)이, 제1전해액(7) 및 제2전해액(8) 보다 더 큰 농도를 갖는 제3전해액(39)을 물로 희석함으로써 얻어지고, 상기 제3전해액(39)이 제3탱크(37)로부터 도입되는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제3전해액(39)이, 상기 제3전해액의 황산과 결합할 때, 동작 동안 전지에서 생산된 황산납의 용해성을 감소시키기에 충분한 알카리성 황산염을 생산하기 위해, 알칼리성 수소 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  7. 제1항에 있어서, 전지에서의 상기 제1전해액(7)과 상기 제2전해액(8)의 순환 동안, 제1전해액(7) 또는 제2전해액(8)의 온도가 상기 제1 또는 제2전해액을 냉각시키도록 위치된 하나 이상의 열교환기(21,36)를 관리하는 센서(20,34)에 의해 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  8. 제7항에 있어서, 하나 이상의 열교환기(21,36)가 상기 제1 및 제2탱크(5,6)로부터 떨어진 파이프와 상기 분배기 파이프(3) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2전해액(7,8)이 상기 수집파이프(4)를 통해 형성된 전지로부터 되돌려지고, 액화가스 분리기(19,33)를 통해 지나가서, 액체 부분이 상기 제1 및 제2탱크(5,6)의 바닥에 도달함과 더불어 기체 부분이 상기 제1 및 제2탱크(5,6)의 상부에 도달하며, 상기 가스 부분이 덕트(171)에 의해 상기 제1 및 제2탱크에 연결된 전기 팬(17)에 의해 추출되는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  10. 제1항에 있어서, 전지 형성공정 동안의 수소 발생이 각 전지에 부착된 각 순환 전해액 되돌림 파이프(410)의 개구(44)를 통한 공기의 흡입에 의해 희석되고, 분리된 기액 혼합물(gas-liquid mixture)이 각 되돌림 파이프(410)가 접속된 수집파이프(4)로부터 다운스트림되는 것을 특징으로 하는 납축전지 형성방법.
  11. 처리하기 위한 다수의 전지를 지지하는 적어도 벤치를 구비하고, 상기 각 전지가 양극 및 음극단자에 접속됨과 더불어 순환 전해액의 전달 및 되돌림을 위한 접속장치용의 적어도 하나의 홀을 제공하는 전지형성 플랜트로서,
    전달 파이프(13,9)와, 전지에 전해액을 분배하기 위한 적어도 하나의 파이프(3) 및, 상기 전해액을 수집하기 위한 적어도 하나의 파이프(4) 뿐만 아니라 상기 전해액을 되돌리기 위한 파이프(12,191)에 접속된, 상기 제1전해액(7)을 포함하는 제1탱크(5)와;
    전달 파이프(101,10)와, 상기 제2전해액의 분배를 위한 적어도 하나의 파이프(3) 및, 상기 전해액의 수집을 위한 적어도 하나의 파이프(4) 뿐만 아니라 되롤림 파이프(11,332)에 접속된, 제1전해액 보다 더 농축된 제2전해액(8)을 포함하는 제2탱크(6)를 갖추되;
    상기 제1전해액(7) 및 제2전해액(8)의 온도를 점검(20,34) 및 제어(21,36)하기 위한 수단과;
    상기 제1전해액(7) 및 제2전해액(8)의 밀도를 일정하게 유지하기 위한 밀도제어장치 및;
    전해액으로부터 가스를 분리하고(19,33) 상기 탱크 및 상기 시스템 파이프로부터 상기 가스를 방출하기 위한 수단을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2탱크(6)에 접속시키는 파이프(16)를 갖고, 알카리성 수소를 포함하는 제4탱크(40)에 파이프와 펌프(41)에 의해 접속되며, 제2전해액 보다 더 농축된 제3전해액(39)을 포함하는 제3탱크(37)를 갖는 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1탱크(5) 및 상기 제2탱크(6)가 일정한 상기 제1전해액(7)과 상기 제2전해액(8)의 농도를 유지하기 위해 파이프를 매개로 탈염수(24)를 포함하는 탱크와 연통하는 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2전해액의 온도를 점검하기 위한 점검수단이 상기 제어수단(21,36)을 동작시키기 위해 적절한 온도센서(20,34)인 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어수단이 하나 이상의 열교환기(21,36)를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  16. 제15항에 있어서, 열교환기가, 상기 제1전해액의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 열교환기(21)와, 상기 제2전해액의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 열교환기(36)의 2개인 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  17. 제11항에 있어서, 전해액으로부터 가스를 분리하기 위한 수단이, 혼합물의 전달을 위한 하나의 파이프를 갖는 적어도 하나의 액화가스 분리기(19,33)와, 상기 제1탱크(5) 또는 상기 제2탱크(6)로 액체 및 가스를 되돌리기 위한 2개의 분리파이프(131,331;132,332)를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제1전해액(7)과 상기 제2전해액(8)의 상기 밀도제어장치가, 전해액의 농도를 일정하게 유지하기 위해 탱크(24)로부터 물의 전달을 제어하는 밀도계(22,35)인 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
  19. 제11항에 있어서, 순환 전해액으로부터 가스를 분리 및 방출하기 위한 수단이, 상기 제1탱크(5) 및 상기 제2탱크(6)와 연통하는 파이프(171)를 갖는 흡입구 상에 접속된 전기 팬(17)이고, 상기 전기 팬이 공기 내의 가스의 농도를 결정하고 상기 가스의 농도가 미리 설정된 농도를 넘을 때 상기 플랜트를 정지시키시 위한 장치(170)로 완성되는 것을 특징으로 하는 전지형성 플랜트.
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