莊建，周代輝，劉克宇，楊新明

（天能電池集團(tuán)股份有限公司，浙江 長(zhǎng)興 313100）

0 引言

采用內(nèi)化成工藝生產(chǎn)鉛酸電池時(shí)無(wú)需用流動(dòng)水清洗極板，減少了廢酸、鉛污染物的產(chǎn)生，故企業(yè)在電池生產(chǎn)中優(yōu)先采用內(nèi)化成工藝[1-2]?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，電池的內(nèi)化成方式包括恒電流化成、多階段分電流化成、脈沖化成等。采用多階段分電流化成方式時(shí)，在化成各階段充電電流密度[3]不同：在化成初期，給予較大的充電電流，使電池升溫，并通過(guò)流動(dòng)水調(diào)整電池化成溫度，有利于提高電池化成效率，同時(shí)縮短化成時(shí)間；在化成末期，減小化成電流，使化成副反應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)量氣體對(duì)極板的沖擊力減小。多階段分電流化成時(shí)大電流與小電流充電在電池間交替進(jìn)行，從而獲得較好的化成效果和化成時(shí)間，因此該化成方式被蓄電池企業(yè)普遍采用。

鉛酸蓄電池化成效果的好壞，極板是否化透相當(dāng)重要[4]。它最終體現(xiàn)在電池的一致性及循環(huán)壽命上。本文中，筆者對(duì)一種恒溫脈動(dòng)內(nèi)化成工藝與多階段分電流化成工藝制得的電池進(jìn)行放電容量、靜置開路電壓，以及成組電池循環(huán)壽命試驗(yàn)中放電壓差變化、循環(huán)放電性能的對(duì)比分析。得到的結(jié)果顯示，新型脈動(dòng)內(nèi)化成工藝可改善電池的一致性。

1 試驗(yàn)

電池的一致性主要指電池組在充放電、靜置過(guò)程中各單只電池電壓的一致性[5]。拋開極板因素，電池的一致性與電池化成的溫度、充電量、加酸量等有關(guān)。在定量加酸的條件下化成時(shí)，須嚴(yán)格控制電池溫度變化，并充入同等電量。在原動(dòng)力鉛蓄電池的基礎(chǔ)上，將同批次組裝并完成加酸的兩組 6-DZF-20 電池，分別存放于 a、b 兩列化成槽內(nèi)（每列中放 324 只），并通入不流動(dòng)的冷卻水（以浸沒電池內(nèi)極板高度為準(zhǔn)）。

1.1 方案一

按圖 1，在化成槽 a 內(nèi)，將 324 只 6-DZF-20 電池分成 18 組，均勻排布，以 18 只電池正負(fù)相接串聯(lián)構(gòu)成一組電池。組內(nèi)第一只及最后一只分別接上相對(duì)應(yīng)的設(shè)備充電輸出線。每組電池中選取一只電池，將溫度傳感器粘貼在電池大面上?；蓵r(shí)電池表層溫度通過(guò)溫度傳感器傳遞至充電設(shè)備電腦程序中。電池加完酸靜置 1～2 h 后進(jìn)行充電、化成。

圖1 化成槽內(nèi)電池?cái)[放、接線、溫度感應(yīng)安裝示意圖

設(shè)定電池化成時(shí)表層溫度[6]為 43℃（恒溫），充電最大電流 0.7C2，且充電電流根據(jù)電池表層溫度自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)（脈動(dòng)）。設(shè)定 3 充 2 放化成程序如下：

a) 第 1～2 次充電時(shí)，充電設(shè)備電腦程序?qū)νㄟ^(guò)溫度傳感器測(cè)得的溫度進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)測(cè)得溫度高于規(guī)定值時(shí)充電程序自動(dòng)減小電流，使電池溫度不再上升并保持恒定；反之，當(dāng)測(cè)得的溫度低于 43℃時(shí)，充電程序提升充電電流，使電池的表面溫度升至規(guī)定值。此循環(huán)不斷進(jìn)行，直至充入規(guī)定的電量。兩次充電分別充入試驗(yàn)電池額定容量的 5.1、3.0 倍電量。

b) 第 3 次充電時(shí)不再控制電池表面溫度，以0.1～0.3C2的電流充入電池額定容量的 1.5 倍。然后以 0.5 A 小電流充電，完成抽酸。

c) 整個(gè)充放電程序，電池凈充入電池額定容量的 8.0 倍。

1.2 方案二

化成槽 b 內(nèi)的 6-DZF-20 電池按第 1.1 節(jié)中方案一的內(nèi)容進(jìn)行放置、接線，然后進(jìn)行三充二放化成?；蓵r(shí)電池的溫度通過(guò)人工測(cè)量水溫并調(diào)節(jié)冷卻水流量控制，水溫控制在 43 ℃ ± 2 ℃。電池在第 1、2 次充電時(shí)各充入方案一中同階段充入電量的 1.15 倍，第 3 次充電按 1.1 中 條款 b) 進(jìn)行，并完成方案二電池的抽酸?；芍芷趦?nèi)電池總凈充入電量為電池額定容量的 9.0 倍。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 化成槽上容檢量表電壓分布

電池廠通常采用槽上容量檢測(cè)（即試驗(yàn)中的第 2 次放電）電壓作為配組的第一依據(jù)。當(dāng)電池組放電至平均電壓為 10.30～10.40 V/只時(shí)，記錄單只電池的放電電壓。電池配組時(shí)根據(jù)同檔位電池量表電壓及靜置開路電壓進(jìn)行配組。圖 2 是試驗(yàn)電池放電至平均電壓為 10.35 V/只時(shí)兩種化成方式電池放電量表電壓的歸類匯總。方案一中放電量表電壓在10.31～10.50 V、10.21～10.60 V 范圍內(nèi)的電池分別有 277、315 只，占比分別為 85.5 %、96.6 %。方案二中放電量表電壓在 10.31～10.50 V、10.21～10.60 V 范圍內(nèi)的電池分別有 209、278 只，占比分別為64.1 %、85.2 %。采用方案一化成的電池在槽上容量檢測(cè)量表電壓上集中度較高，有利于按量表電壓進(jìn)行配組。

圖2 6-DZF-20 電池槽上容檢量表電壓分布

2.2 開路電壓

圖3為試驗(yàn)電池下線經(jīng)清洗、整理并靜置 48 h后測(cè)得的單只電池開路電壓的匯總。兩種方案的電池開路電壓主要集中在 13.26～13.28 V。由于方案一中化成凈充入電量少，故電池化成過(guò)程中分解水副反應(yīng)相對(duì)較少，電解液密度低，制得的電池平均開路電壓較方案二也略低。

圖3 靜置 48 h 后 6-DZF-20 電池開路電壓分布

2.3 電池循環(huán)壽命、組合一致性

圖4為 48 V 電池組以 0.5C2進(jìn)行 100 % DOD 壽命測(cè)試的曲線。圖 5 為壽命中組內(nèi)電池的放電壓差變化曲線。① ② 代表通過(guò)恒溫脈動(dòng)內(nèi)化成工藝制得并配組的 48 V 電池組，③ ④ 代表多階段分電流化成工藝制得并配組的 48 V 電池組。① ②、③ ④電池組在首次壽命循環(huán)中，組間電池放電時(shí)間為124.5～126 min，容量差小于 0.25 Ah。電池循環(huán)壽命測(cè)試中，③ ④電池組分別在第 120 次、第 90 次放電時(shí)容量出現(xiàn)輕度衰減，相對(duì)應(yīng)地在圖 5 中出現(xiàn)組內(nèi)電池放電電壓差增大的情況，電池單只落后，造成電池組整體放電時(shí)間縮短。在以后的壽命循環(huán)中③ ④電池組放電壓差有一定的改善，但整體落后于① ②電池組，而且其放電容量、循環(huán)壽命也不如① ②電池組理想。在壽命循環(huán)中① ②電池組放電壓差也出現(xiàn)了變化，但是相對(duì)于③ ④電池組來(lái)說(shuō)，變化較小，所以電池容量衰減不明顯，循環(huán)壽命也略優(yōu)。

圖4 6-DZF-20 電池循環(huán)壽命曲線

圖5 6-DZF-20 電池循環(huán)壽命組內(nèi)壓差變化

3 結(jié)論

由以上結(jié)果和分析看出，采用恒溫脈動(dòng)內(nèi)化成工藝制得的電池在充入較少的電量下電池槽上容量檢測(cè)一致性、靜置開路電壓一致性優(yōu)于普通多階段分電流化成工藝制得的電池，而且經(jīng)循環(huán)壽命試驗(yàn)對(duì)比，循環(huán)中電池壓差、電池壽命優(yōu)于多階段分電流化成工藝制得的電池。電池容量上，兩種方式制得的電池基本持平。由于恒溫脈動(dòng)內(nèi)化成工藝充電電流設(shè)置較大，對(duì)用電要求較高，因此在電力足夠時(shí)生產(chǎn)企業(yè)可優(yōu)選恒溫脈動(dòng)內(nèi)化成工藝生產(chǎn)。