謝正望，吳永海，秦永全，李海彪，曾劍新

（浙江天能集團(tuán)有限公司，浙江 湖州 313100）

0 前言

采用內(nèi)化成工藝生產(chǎn)電池有利于提高電池性能，節(jié)能減排（清潔生產(chǎn)要求），降低生產(chǎn)成本?！躲U蓄電池行業(yè)準(zhǔn)入條件》第八條明確規(guī)定“2012年12月31日后新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目禁止采用外化成工藝”。因此無論從政策層面還是從其它層面考慮，采用內(nèi)化成生產(chǎn)工藝都是勢在必行的[1]。而內(nèi)化成生產(chǎn)過程中電池內(nèi)部的溫度決定了電池的品質(zhì)，影響電池的合格率及使用壽命。通過不斷探討及研究，對電池加酸前的酸溫、加酸后電池的表面環(huán)境溫度、充電過程中電池表面環(huán)境溫度制定了一套詳細(xì)的控制方案，此方案適用于所有內(nèi)化成電池生產(chǎn)過程中的溫度控制。

1 加酸前的電解液溫度控制

原有冷酸加酸循環(huán)系統(tǒng)流程（圖1）：配好的稀硫酸經(jīng)冷酸機(jī)組冷卻到 8 ℃ 以下，儲存到儲酸桶中，將冷卻好的硫酸和膠體加入攪膠桶中，攪拌45 min 左右后，在攪拌過程中膠體電解液的溫度會上升。將配好的膠體電解液儲存在儲膠桶中，經(jīng)過泵送到加酸機(jī)下位酸桶中。電池加注膠體電解液時(shí)，先將電解液從下位酸桶中泵送到上位酸箱中，經(jīng)過定量杯定量后，多余的電解液回流到下位酸桶。定量杯中的電解液經(jīng)過真空加入電池中。由于加酸機(jī)的下位酸桶容積為 100～150 L，加完一桶電解液的時(shí)間 40～60 min。因?yàn)闀r(shí)間較長，電解液在儲膠桶中隨著外界的溫度變化而隨時(shí)變化。這樣就導(dǎo)致了加酸過程中，各只電池加酸溫度存在差異或者酸溫可能超過標(biāo)準(zhǔn)要求，對電池的一致性和使用壽命有很大影響。

為了解決這一問題，我們對目前的冷膠方式和加酸方式進(jìn)行了改進(jìn)。冷膠方式從原來的先冷酸后配膠方式，改為先配膠后再冷膠方式。加酸方式由單機(jī)本身循環(huán)加酸模式改為在線系統(tǒng)加酸模式（每臺加酸機(jī)使用的酸液不再經(jīng)過儲酸桶，而是直接由冷酸系統(tǒng)供給，所有的回酸也是通過隔膜泵抽回冷酸中心）。改造后的系統(tǒng)加酸流程如圖2所示。

圖1 原有加酸工藝流程

圖2 現(xiàn)有加酸工藝流程

改造后的冷酸加酸循環(huán)系統(tǒng)流程：經(jīng)混合配好膠的電解液進(jìn)入稀酸儲罐（也就是冷酸罐），冷酸罐里的電解液通過冷酸機(jī)組（冷酸機(jī)組根據(jù)電解液用量選擇匹配）循環(huán)冷卻降溫至 8 ℃ 時(shí)儲存，以供加酸機(jī)使用。每臺加酸機(jī)使用的電解液不再經(jīng)過下位酸桶，而是直接由冷酸系統(tǒng)供給，所有回酸也是通過隔膜泵抽回冷酸中心。冷酸循環(huán)系統(tǒng)及電解液進(jìn)出、回收管網(wǎng)（包括冷酸罐）全部采用保溫措施，使整個系統(tǒng)處于恒溫閉環(huán)狀態(tài)，當(dāng)電解液溫度上升到 10 ℃（上限值）時(shí)，冷酸機(jī)組啟動，持續(xù)降溫，至電解液溫度下降到 8 ℃（下限值）時(shí)停止，使稀酸儲罐里電解液的溫度一直控制在 8～10 ℃ 之間，從而使在加入電池前電解液的溫度控制在 12 ℃以內(nèi)。

加酸機(jī)改進(jìn)方案如圖3所示，冷酸系統(tǒng)及電解液的進(jìn)出和回收管網(wǎng)（含冷酸罐）全部作保溫處理，給酸磁力泵、定量杯回酸用隔膜泵、上位酸箱回酸用隔膜泵均配置一用一備，定量杯回酸管路上的自動閥門安裝時(shí)要低于定量杯的底部，避免管路內(nèi)酸液回流導(dǎo)致酸量不準(zhǔn)，上位酸箱回酸管上的自動閥門安裝時(shí)要低于上位酸箱的底部，避免酸液回流和影響觀察視線。經(jīng)過改進(jìn)后，保證了電池加酸過程中酸液溫度恒定，受外界環(huán)境影響較小，提高了產(chǎn)品的一致性和使用壽命。

圖3 加酸機(jī)改進(jìn)示意圖

2 加酸后的電池溫升控制

內(nèi)化成電池加酸后電解液與極板活物質(zhì)中的PbO 和 1BS、3BS、4BS 發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鉛和水，這些反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，產(chǎn)生的熱量又加劇反應(yīng)速度，導(dǎo)致加酸初期電池溫度急速升高。實(shí)測在 25 ℃的環(huán)境下，加入 25 ℃的硫酸電解液后電池內(nèi)溫度短期內(nèi)可上升到 60 ℃以上[2-3]。通過測量，電池表面溫度在 18 min 內(nèi)上升速度最快。電池溫度直接影響著電池的使用性能，所以控制好電池溫度是一個重要環(huán)節(jié)。對比風(fēng)冷和水冷兩種冷卻方式，水浴降溫效果最明顯可靠。

加酸后的電池迅速進(jìn)入就近冷卻水浴槽，如圖4所示，水浴槽內(nèi)循環(huán)水溫度控制在 30～35 ℃ 之間，這樣可保證電池體內(nèi)溫度在 35～40 ℃ 之間，配套室外設(shè)置冷卻水池及冷卻塔，冷卻水交換量依據(jù)實(shí)際情況而定，如滿足不了溫度要求可考慮配置冷凍機(jī)組。根據(jù)加酸機(jī)的速度來推算，18 min 內(nèi)可給 48 只電池加酸。按每個托盤放 6 只電池計(jì)算，要求在水浴槽內(nèi)浸放時(shí)間＞18 min，故水浴槽需設(shè)置 8 個托盤以上的儲存空間。18 min 后電池溫度下降到低峰值，如不受充電激化，溫度就不會直線上升，受環(huán)境溫度影響上升也比較緩慢（可忽略不計(jì)）。也就是電池加酸后至上鏈板輸送線中間設(shè)置一套冷卻水浴系統(tǒng)，通過自動傳輸裝置，可以使水槽內(nèi)的托盤自動流動和提升，這樣就有效地控制了內(nèi)化成電池加酸后的溫度變化，為提升產(chǎn)品質(zhì)量多了一重保障。

圖4 冷卻水浴槽

3 充電過程中的電池溫升控制

具體方案：電池托盤通過輸送線、升降車轉(zhuǎn)運(yùn)至充電架上的冷卻水浴槽內(nèi)（見圖5），水浴槽裝滿電池后，封閉水浴槽兩端擋板，打開進(jìn)水閥和相應(yīng)的溢流閥，同時(shí)連接充電夾，溢流口開始回流時(shí)啟動充電機(jī)開始充電激化。充電架冷卻水浴槽采用FRP 或 PP 材質(zhì)一次成型，循環(huán)水溫度控制在 35～40 ℃ 之間（電池體內(nèi)溫度在 40～45 ℃之間），配套室外設(shè)置冷卻水池及冷卻塔，冷卻水交換量依據(jù)實(shí)際情況而定，滿足不了溫度要求時(shí)可考慮配置冷凍機(jī)組或補(bǔ)充深井水及排放高溫水方式，電池在水浴槽內(nèi)浸置直至下架前排水。

在充電過程中，由于環(huán)境溫度、電池溫度、電池表面酸液作用，循環(huán)水池中的水溫、酸堿性都在不斷地發(fā)生變化，針對此種情況，設(shè)計(jì)了一套恒溫、恒壓、恒 pH 值自動水循環(huán)系統(tǒng)，有力地保證了電池充電過程中溫度的一致性。

（1）恒溫控制系統(tǒng)：循環(huán)水池有一套冷卻水塔降溫系統(tǒng)和一套蒸汽加熱升溫系統(tǒng)來保證電池在充電過程中溫度的恒定。通過對循環(huán)水溫度檢測，并與設(shè)定溫度比較，由人工選擇自動控制循環(huán)水加溫或降溫。

（2）恒壓控制系統(tǒng)：系統(tǒng)共有三臺耐腐泵、兩臺不銹鋼穩(wěn)壓罐及控制系統(tǒng)。系統(tǒng)按照設(shè)置起動耐腐泵將水加壓后輸送到不銹鋼穩(wěn)壓罐內(nèi)，然后通過穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后輸送到水冷式充電架水槽內(nèi)。穩(wěn)壓罐內(nèi)壓力可設(shè)置，系統(tǒng)自動判斷穩(wěn)壓罐內(nèi)壓力與設(shè)置值進(jìn)行比較，根據(jù)穩(wěn)壓罐內(nèi)壓力的變化自動控制水泵運(yùn)行頻率。在系統(tǒng)故障或其它緊急情況造成水泵停止后，穩(wěn)壓罐應(yīng)能夠正常恒壓向水冷式充電架供水，同時(shí)啟動聲光報(bào)警系統(tǒng)，提示操作人員進(jìn)行處理。

（3）恒 pH 值控制系統(tǒng)：pH 值可以自由設(shè)置（設(shè)置范圍 0～14），系統(tǒng)要根據(jù)檢測到的 pH 值與工藝設(shè)定值比較判斷后，根據(jù)設(shè)定的 pH 值自動定量加堿中和，達(dá)到設(shè)定值的合格循環(huán)水才可以根據(jù)工藝要求，排入熱水池或冷水池。pH 值檢測長時(shí)間（時(shí)間自由設(shè)置）達(dá)不到設(shè)定值時(shí)要求及時(shí)報(bào)警提醒。

圖5 內(nèi)化成充電水浴槽

4 小結(jié)

傳統(tǒng)的電池充電工序在充電過程中沒有溫升控制措施，由于溫升過快，會導(dǎo)致電池的熱失控，降低充電接受能力，電池的質(zhì)量性能會有影響，一致性得不到保證，故在充電過程中須加入溫升控制系統(tǒng)。本文方案通過控制電池在加酸過程中、加酸后、充電過程中溫度的一致性，使得在電池內(nèi)化成階段相同溫度下生成的活性物質(zhì)比例相對穩(wěn)定，從而保證了電池性能的一致性；將加酸機(jī)改為在線集中供酸后，不再儲存在下位酸箱，而是經(jīng)上位酸箱定量后多余部分循環(huán)回冷酸系統(tǒng)內(nèi)，保證了加酸前酸溫的一致性；把加酸后和充電過程中電池放置于冷卻水槽中，保證加酸后電池內(nèi)部溫度的不過高，通過實(shí)驗(yàn)的檢查結(jié)果，測得鉛酸電池的表面溫度都在 25～40 ℃ 之間，從而保證了電池內(nèi)部溫度在 30～45 ℃ 之間（電池化成最佳控制溫度）；采用了恒溫、恒壓、恒 pH 值供水系統(tǒng)，使得充電過程中溫度恒定，經(jīng)過充電完成后電池的抽檢結(jié)果，電池的充電一次合格率提高了 1%以上。

[1] 魏杰, 林立.閥控鉛酸蓄電池內(nèi)化成工藝[J].電池, 2001, 31(3):110–112.

[2] 張?zhí)烊? 劉三元.閥控密封鉛酸蓄電池內(nèi)化成充電方法探討[J].電動自行車, 2011(4): 22–23.

[3] 胡耀東.對大型閥控鉛酸蓄電池極板兩種化成工藝的議論[J].蓄電池, 2001(1): 21–22.