CN108847472A - 一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法 - Google Patents

一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法，所述铅酸蓄电池包括若干单格，每个单格内对应设有一个极群，每个极群包括若干正极板、负极板和隔板，所述方法包括以下步骤：(1)计算单片正极板吸酸量V正(2)计算单片负极板吸酸量V负(3)计算单片隔板吸酸量V隔(4)计算铅酸蓄电池的加酸量V总。本发明方法是在大量试验的基础上，总结得出的一种能够准确、有效、快速获得铅酸蓄电池加酸量的方法，在已知一些电池的常规参数的基础上，通过计算便可以得出该种铅酸蓄电池的准确加酸量，在确认一款新款电池的加酸量时，可以作为一种简单快速参考的方法单独使用或者与其他方法对照使用。

Description

一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，特别是涉及一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法。
背景技术
铅酸蓄电池属于可逆直流电源，可将化学能转变为电能，同时也可将电能转变为化学能。铅酸蓄电池主要由电解液、电池槽以及极群组成，电池槽一般分为若干单格，每个单格内对应设有一个极群。
极群主要由正极板、负极板和隔板组成，正、负极板交替分布，一般负极板比正极板多一块，即极群的两边最外侧均为负极板，隔板位于正、负极板之间。在蓄电池生产加工过程中，板栅作为铅膏的载体和导体，铅膏只有填涂在板栅上经过固化干燥后才能成为极板，而极板却是铅蓄电池的核心，板栅犹如骨架，对整个极板的强度和使用寿命都有直接的影响。
隔板主要起到储存电解液，作为氧气复合的气体通道，起到防止活性物质脱落以及正、负极之间短路的作用。极群包板方式一般分为U型或W型，U型包板方法为每两片隔板在底部相连形成U型结构，两片隔板之间即U型结构内侧为正极板，U型结构隔板外侧为负极板。W型包板方法，也称S型包板方法，隔板为连续弯折结构，一张长长的隔板在顶部和底部各弯折一次，除了两侧的负极板，其余正、负极板底部均被隔板包覆，使用单层的隔板纸做W型包板时，最终正、负极板之间的隔板折叠成为两层的结构。
在极群入槽后，极群与电池槽之间具有一定的装配压力，在装配压力下，正、负极板的厚度基本不发生变化，而隔板会被压缩，比如，适中压力、适中装配紧度AGM隔板在10KPa压力下的厚度为基础，隔板的压缩率为25～30％。同时，隔板为了完全阻挡正、负极板，所以隔板的长度和宽度需要比极板大些，极群入槽后，与极板紧贴的部分会受压力而厚度压缩，其余部分则未压缩。
铅酸蓄电池的电解液为硫酸溶液，电解液在电能和化学能的转换过程即充电和放电的电化学反应中起离子间的导电作用并参与化学反应。铅蓄电池的电解液为硫酸溶液，由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，而其密度一般为1.24～1.30g/mL。
硫酸给环境带来了损害，它的处理给公司增添了巨大的成本，减少酸污染酸处理时每个铅酸蓄电池厂家长期以来迫不及待的需要去解决难题，部分类型电池开始推广定量加酸方法，减少多余酸处理，降低冲洗电池水的浪费，避免了生产过程由于存在多余游离酸而带来的潜在危害，减少了环境的污染，降低了公司的生产成本。但现有技术中，一般都是通过试验来确定加酸量，比如选取多只电池，按一定体积梯度加酸，通过观察从某一个加酸量开始有酸液溢出，则确定比该加酸量体积少一些的加酸量作为该种型号电池的加酸量。但该方法每次都需要经过实验确定，比较繁琐，且取样检测的数量一般较少，可能会存在较大误差。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法。
一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法，所述铅酸蓄电池包括若干单格，每个单格内对应设有一个极群，每个极群包括若干正极板、负极板和隔板，所述方法包括以下步骤：
(1)计算单片正极板吸酸量V正
V正＝V1×P1，其中，V1为单片正极板活性物质体积，P1为正极板孔隙率；
(2)计算单片负极板吸酸量V负
V负＝V4×P2，其中，V4为单片负极板活性物质体积，P2为负极板孔隙率；
(3)计算单片隔板吸酸量V隔
包括压缩部分的吸酸量为V压，未压缩部分的吸酸量为V未压，
V隔＝V压+V未压
(4)计算铅酸蓄电池的加酸量V总
V总＝m×(m1×V正+m2×V负+m3×V隔)，
其中，m为单格的数量，m1为每个极群中正极板数量，m2为每个极群中负极板数量，m3为每个极群中隔板数量。
正极板活性物质体积V1＝V2-V3，其中，V2为正极板去极耳后体积，V3为正极板栅去极耳后体积。
负极板活性物质体积V4＝V5-V6，其中，V5为负极板去极耳后体积，V6为负极板栅去极耳后体积。
V压＝V7×P3，其中，V7为隔板压缩部分的体积，P3为隔板压缩后的孔隙率。
V7＝L×W×d1，其中，L为极板长度，W为极板宽度，d1为隔板压缩后的厚度。
d1＝d2×(1-R)，其中，d2为隔板静态下厚度，R表示隔板压缩比。
R＝(m1×d3+m2×d4+m3×d2-d0)/(m3×d2)，其中，d3为正极板的厚度，d4为负极板的厚度，d0为电池槽中每个单格沿极板排列方向的宽度。
P3＝d2×(1-P4)/d1，其中，d1为隔板压缩后的厚度，d2为隔板静态下厚度，P4为隔板压缩前孔隙率。
V未压＝V8×P4，其中，V8为隔板未压缩部分的体积，P4为隔板压缩前孔隙率。
V8＝V9-V7，其中，V9为隔板原始体积，V7为隔板压缩部分的体积。
本发明方法是在大量试验的基础上，总结得出的一种能够准确、有效、快速获得铅酸蓄电池加酸量的方法，在已知一些电池的常规参数的基础上，通过计算便可以得出该种铅酸蓄电池的准确加酸量，在确认一款新款电池的加酸量时，可以作为一种简单快速参考的方法单独使用或者与其他方法对照使用。
具体实施方式
实施例1
1、试验方案
1.1选择一款常生产电池进行试验(以下计算以阀控免维护电池12V 8.0AH为例)。
1.2选择正负极板各30片测试熟极板孔隙率、厚度、尺寸，并分析其波动范围，取个有效值。
1.3测试使用隔板的厚度、长度、宽度、孔隙率。
1.4记录正负极板小片板栅重量(去极耳)和电池壳单个内腔宽度(以中间宽度为准)。
1.5计算出电池所需加入酸量的体积。
1.6选择25只电池进行加酸(以计算出的酸量为中心值，按递增递减2g进行注酸，注酸方式保持一致，采用抽真空加酸机器加酸，每种酸量试验5只电池)。
1.7保证同一充电工艺，选择一回路进行充电(开阀充电)。
1.7.1充电结束1h前记录每只电池的充电电压。
1.7.2充电结束后1h，观察电池表面是否有酸液冒出及用手电筒查看单格内电池酸量。
1.7.3充电结束2h内将安全阀盖上，记录电池的开路电压。
1.7.4冲洗电池、封好面片，静置24h后记录电池的开路电压及内阻。
1.8按照以下方法和步骤对电池检测并对比其性能。
1.8.1每种酸量电池挑选3只做末期电池测试。
测试方法：静置期24h后，以0.6A，限压14.7V(电压值可根据加酸密度进行调整，此次试验电池酸密度为1.335g/ml)充电，末期电流降低至0.03A，充电终止。
1.8.2每种酸量电池挑选2只倒立，进行充电，检测是否有酸液流出。
测试方法：将电池倒立放入50℃的烤箱内，用0.6A恒流充电4h，打开面片，用PH检查电池是否有酸液流出，并做好相应的记录。
1.8.3将每种酸量电池各挑选3值按照顺序接入同一回路，进行容量检测，检测方法为：以0.3A放电至10.5V/只，记录放电时间，以0.6A充电补电(补入电量为放出电量的1.25倍)。
2、试验过程
2.1阀控免维护电池，型号12V 8.0AH。
表1
每只电池具有6个单格，即m＝6。m1＝3片，m2＝4片，m3＝12片(极群包板方式为W型，W型包板方法，也称S型包板方法，隔板为连续弯折结构，一张长长的隔板在顶部和底部各弯折一次，除了两侧的负极板，其余正、负极板底部均被隔板包覆，使用单层的隔板纸做W型包板时，最终正、负极板之间的隔板折叠成为两层的结构。)。
通过测试，正极板孔隙率均值P1＝50％，负极板孔隙率P2＝56％；正极板尺寸为L×W×d3＝78×39×2.6mm，负极板尺寸为L×W×d4＝78×39×1.55mm。
隔板在来料入库前需要进行质检，一般需要检测在100kPa压力下的厚度，隔板100kPa下检测尺寸为：长×宽×100kPa下检测厚度＝166×43×1.05mm(100KPa)，孔隙率P4＝93％。以下计算中，隔板厚度以10KPa为基准，10KPa下隔板厚度为静态下厚度，认为是不抗压下的厚度。经过验证此厂家AGM隔板100KPa与10KPa厚度换算比例为0.64-0.70，计算时取中间值0.67，所以隔板静态下厚度d2＝1.05/0.67≈1.567mm。
正负极板小片板栅(去极耳)重量分别为：正极板14.5g，负极板8.6g。板栅铅合金的密度为11.3g/cm3。
电池壳内腔(单格)宽度(中间位置)d0＝29.2mm。
2.2计算电池所需加酸的体积。
电池吸酸量主要分成两个部分，正负极板吸酸量和隔板吸酸量。
2.2.1单片正极板吸酸量V正(cm3)
V正＝V1×P1＝(V2-V3)×P1＝(78×39×2.6/1000-14.5/11.3)×50％≈3.313(cm3)。
2.2.2单片负极板吸酸量V负(cm3)
V负＝V4×P2＝(V5-V6)×P2＝(78×39×1.55/1000-8.6/11.3)×56％≈2.214(cm3)。
2.2.3单片隔板吸酸量V隔
所述隔板分为压缩部分和未压缩部分，压缩部分的吸酸量为V压，未压缩部分的吸酸量为V未压。
先计算单片隔板中压缩部分的吸酸量：
隔板压缩比R＝(m1×d3+m2×d4+m3×d2-d0)/(m3×d2)
＝(3×2.6+4×1.55+12×1.05/0.67-29.2)/(12×1.05/0.67)
＝(7.8+6.2+18.804-29.2)/18.804
≈0.1917＝19.17％；
d1＝d2×(1-R)＝1.05/0.67×(1-0.1917)≈1.2667；
V7＝L×W×d1＝166×43×1.2667/1000≈9.041(cm3)；
P3＝d2×(1-P4)/d1＝1.05/0.67×(1-93％)/1.2667＝1.097/1.2667≈0.866；
V压＝V7×P3＝9.041×0.866≈7.830(cm3)。
再计算单片隔板中未压缩部分的吸酸量：
V8＝V9-V7＝166×43×1.05/0.67/1000-9.041≈2.145(cm3)；
V未压＝V8×P4＝2.145×93％≈1.995(cm3)。
最后计算单片隔板吸酸量：
V隔＝V压+V未压＝7.830+1.995＝9.825(cm3)。
2.2.4铅酸蓄电池的加酸量V总
V总＝m×(m1×V正+m2×V负+m3×V隔)
＝6×(3×3.313+4×2.214+3×9.825)＝6×(9.939+8.856+29.475)＝289.62(cm3)，
电解液密度为1.335g/ml，
电池单格酸量＝电解液密度×单格吸酸体积＝1.335×289.62/6≈64.4(g)。
2.3记录电池干重、加酸后重量、电池充电结束0.5h后单格酸量情况、电池充电结束2h后开路电压情况、电池内阻对比、高温倒立充电及电池末期电流测试，结果如表2所示。
表2
小结：通过上述的计算方法计算一个酸量值，然后通过实际不同加酸量进行验证，对比电池的浮充状态下酸液情况、电池的末期电流、电池的容量、电池的电内阻等，得出酸量在64.05g-65.02g(均值64.535g)范围内电池的性能各项指标都是符合工艺标准要求、电池质量最稳定，最适宜电池酸量与上述计算方法得出结论相一致。
外化成电池酸量影响因素比较多，和膏中加入的硫酸量、充电失水等等，通过按照上述方法计算出电池酸量，然后给电池加入不同酸量进行对比试验(除了以上验证电池酸量方法，也可通过测试电池充电电压高低和电池密封反应效率来判断电池酸量是否合适)，经过长期的验证，此方法有较稳定的可靠性，在确认一款新款电池，可以以此作为一种简单快速参考的方式。
同时通过以上测试数据发现电池内阻、充电后电压、充电末期电流大小于电池酸量的关系，它们之间没有绝对的线性或比例的关系，影响的因素很多，在验证其中任何一项时都需考虑其它相关的因素。

Claims (10)

1.一种确定铅酸蓄电池加酸量的方法，所述铅酸蓄电池包括若干单格，每个单格内对应设有一个极群，每个极群包括若干正极板、负极板和隔板，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)计算单片正极板吸酸量V正
V正＝V1×P1，其中，V1为单片正极板活性物质体积，P1为正极板孔隙率；
(2)计算单片负极板吸酸量V负
V负＝V4×P2，其中，V4为单片负极板活性物质体积，P2为负极板孔隙率；
(3)计算单片隔板吸酸量V隔
包括压缩部分的吸酸量为V压，未压缩部分的吸酸量为V未压，
V隔＝V压+V未压
(4)计算铅酸蓄电池的加酸量V总
V总＝m×(m1×V正+m2×V负+m3×V隔)，
其中，m为单格的数量，m1为每个极群中正极板数量，m2为每个极群中负极板数量，m3为每个极群中隔板数量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，正极板活性物质体积V1＝V2-V3，其中，V2为正极板去极耳后体积，V3为正极板栅去极耳后体积。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，负极板活性物质体积V4＝V5-V6，其中，V5为负极板去极耳后体积，V6为负极板栅去极耳后体积。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，V压＝V7×P3，其中，V7为隔板压缩部分的体积，P3为隔板压缩后的孔隙率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，V7＝L×W×d1，其中，L为极板长度，W为极板宽度，d1为隔板压缩后的厚度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，d1＝d2×(1-R)，其中，d2为隔板静态下厚度，R表示隔板压缩比。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
R＝(m1×d3+m2×d4+m3×d2-d0)/(m3×d2)，其中，d3为正极板的厚度，d4为负极板的厚度，d0为电池槽中每个单格沿极板排列方向的宽度。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，P3＝d2×(1-P4)/d1，其中，d1为隔板压缩后的厚度，d2为隔板静态下厚度，P4为隔板压缩前孔隙率。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，V未压＝V8×P4，其中，V8为隔板未压缩部分的体积，P4为隔板压缩前孔隙率。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，V8＝V9-V7，其中，V9为隔板原始体积，V7为隔板压缩部分的体积。
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