本發(fā)明涉及蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法。

背景技術(shù)：

由于設(shè)備、技術(shù)和工藝等多方面原因，鉛酸蓄電池起初多采用外化成工藝，不僅可以降低技術(shù)門檻，規(guī)避充電技術(shù)積累不足的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品盡早投產(chǎn)。然而隨著環(huán)保要求的提高，國家對(duì)鉛酸電池行業(yè)的整頓，淘汰落后產(chǎn)能和工藝技術(shù)、促進(jìn)生產(chǎn)力加快轉(zhuǎn)移和集中，實(shí)現(xiàn)行業(yè)整體升級(jí)，已是我國蓄電池行業(yè)的必然趨勢。

根據(jù)工業(yè)和信息化部下達(dá)的《電池行業(yè)清潔生產(chǎn)實(shí)施方案》要求，大力實(shí)施清潔生產(chǎn)技術(shù)改造工程。針對(duì)電池生產(chǎn)過程中重金屬污染物產(chǎn)生的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，結(jié)合清潔生產(chǎn)審核報(bào)告要求，采用一批先進(jìn)成熟適用的技術(shù)，實(shí)施清潔生產(chǎn)技術(shù)改造工程。積極推廣鉛蓄電池內(nèi)化成工藝、扣式堿錳電池?zé)o汞化技術(shù)與裝備、電動(dòng)工具等民用動(dòng)力鋰離子電池與氫鎳電池技術(shù)，減少生產(chǎn)過程中污染物產(chǎn)生量，大幅提升電池行業(yè)的清潔生產(chǎn)技術(shù)水平。電池內(nèi)化成是一種可以有效降低過程污染物產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的技術(shù)。但是中大型后備用鉛蓄電池普通內(nèi)化成工藝一般為3充2放和4充3放，化成時(shí)間在100小時(shí)左右，有的甚至達(dá)到100小時(shí)以上，是外化成工藝的2倍到3倍。工藝時(shí)間長、設(shè)備投入大(相同產(chǎn)能，需要更多的充放電設(shè)備)成為制約內(nèi)化成工藝推廣的瓶頸。

基于此，快速充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。所謂快速充電是指采用大電流，在短時(shí)間內(nèi)把電池充好，而在這個(gè)過程中，既不產(chǎn)生大量氣體，又不使電解液溫度過高?？焖俪潆娂夹g(shù)能夠有效提高內(nèi)化成充電的效率，從而有效縮短化成時(shí)間。如何獲得電池的最大充電能力曲線是快速充電應(yīng)用首先需要解決的問題。

參見圖1，1967年美國人J.A.MAS(馬斯)以最低析氣率為前提，提出了蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線圖。如圖1所示，其方程為：

i＝I₀e^-at

式中，i為任意時(shí)刻t時(shí)蓄電池可接受的充電電流，I₀為最大初始可接受充電電流，a為電池充電電流的接受比。

從圖可以看出，蓄電池可接受的初始充電電流很大，但是衰減很快，主要原因是充電過程中極板產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在蓄電池充電過程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正格板處(正極板產(chǎn)生氧氣)，使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升，同時(shí)縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。J.A.MS指出，在充電過程中，超過這一充電接受曲線的任何充電電流，不僅不能提高充電速率，而且會(huì)增加析氣量，小于此接受曲線的充電電流，便是蓄電池的存儲(chǔ)充電電流，此時(shí)只產(chǎn)生微量析氣，而不會(huì)對(duì)電池造成傷害。J.A.MAS同時(shí)指出，通過瞬時(shí)大電流放電，可以使蓄電池的可接受電流曲線不斷右移，從而大大提高充電速度和效率，縮短充電時(shí)間，這就是快速充電的基本理論依據(jù)。

按照以上原理，恒流限壓方式在低限壓條件下，可以繪制出最大充電能力曲線，但是時(shí)間長，不符合快速充電的要求。在高限壓條件下，時(shí)間可以縮短，但是充電電流主要用在副反應(yīng)上，造成活性物質(zhì)含量低、失水高，板柵不成形等問題，無法繪制出最大充電能力曲線。

所以，針對(duì)如何獲得電池快速充電的最大充電能力曲線這一問題，目前還沒有有效的解決辦法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法，包括以下步驟：

將灌酸后的蓄電池放入水浴槽中，使其溫度維持在20℃至40℃之間；

利用預(yù)設(shè)的限壓脈沖對(duì)所述蓄電池進(jìn)行充放電，直至所述蓄電池的充電量達(dá)到其額定電容量的6-8倍，結(jié)束充放電；

充放電結(jié)束后，根據(jù)每次充放電的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的所述蓄電池的電量繪制電量和時(shí)間關(guān)系曲線，即為所述蓄電池的最大充電能力曲線。

本發(fā)明提供的繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法，在上述將灌酸后的蓄電池放入水浴槽中之前，還包括以下步驟：

利用灌酸機(jī)對(duì)所述蓄電池進(jìn)行灌酸。

作為一種可實(shí)施方式，在充放電過程中，所述蓄電池的溫度維持在30℃。

作為一種可實(shí)施方式，利用預(yù)設(shè)的限壓脈沖對(duì)所述蓄電池進(jìn)行充放電，直至所述蓄電池的充電量達(dá)到其額定電容量的6-8倍，結(jié)束充放電，包括以下步驟：

向所述蓄電池輸入50A～150A的正脈沖電流，所述正脈沖電流持續(xù)時(shí)間3S～20S之后，輸入20A～80A的負(fù)脈沖電流，所述負(fù)脈沖電流持續(xù)時(shí)間0.5S～5S之后再次輸入所述正脈沖電流，依次循環(huán)，進(jìn)行充放電，直至所述蓄電池的充電量達(dá)到其額定電容量的6-8倍，結(jié)束充放電；充放電過程中，將所述蓄電池的電壓控制在2.4V～2.8V之間。

作為一種可實(shí)施方式，在充放電過程中，單次向所述蓄電池輸入的所述正脈沖電流的大小為100A。

作為一種可實(shí)施方式，在充放電過程中，單次向所述蓄電池輸入的所述正脈沖電流的持續(xù)時(shí)間為5S。

作為一種可實(shí)施方式，在充放電過程中，單次向所述蓄電池輸入的所述負(fù)脈沖電流的大小為50A。

作為一種可實(shí)施方式，在充放電過程中，單次向所述蓄電池輸入的所述負(fù)脈沖電流的持續(xù)時(shí)間為1s。

作為一種可實(shí)施方式，在充放電過程中，將所述蓄電池的電壓控制在2.6V。

作為一種可實(shí)施方式，在充放電過程中，直至所述蓄電池的充電量達(dá)到其額定電容量的7倍時(shí)，結(jié)束充放電。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

本發(fā)明提供的繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法，基于快速充電原理，利用脈沖限壓方式對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，可以在毫秒級(jí)內(nèi)切換電流方向，達(dá)到去極化的目的，并將電極極化控制在有效范圍內(nèi)，從而在快速充電和有效極化間找到平衡，最終根據(jù)每次充放電的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的電量繪制電量和時(shí)間關(guān)系曲線，得到蓄電池的最大充電能力曲線。

附圖說明

圖1為背景技術(shù)提供的蓄電池能夠接受的最大充電電流和可以接受的充電電流曲線圖；

圖2為傳統(tǒng)的恒流限壓模式的恒流波形示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法的流程示意圖；

圖4為實(shí)施例一中的限壓脈沖的波形示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二提供的繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法所得到的蓄電池的最大充電能力曲線的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。

根據(jù)快速充電的基本理論可知，電池充電時(shí)存在極化現(xiàn)象以及極化偏離平衡的現(xiàn)象，沒有極化無法將電充入電池，極化太嚴(yán)重容易引起副反應(yīng)，損害電池本體。

而傳統(tǒng)的恒流限壓模式，如圖2所示，因電流正向充電，無法頻繁去極化，雖有限壓，但是有效極化和快速充電是很難調(diào)和的兩極。正極長期處于高的極化狀態(tài)，副反應(yīng)非常劇烈，造成失水嚴(yán)重、板柵腐蝕等問題，無法找到電池的最大充電能力曲線。

基于此，如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例一提出了一種繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法，在脈沖限壓條件下能夠繪制出最大充電能力曲線，包括以下步驟：

S100、將灌酸后的蓄電池放入水浴槽中，使其溫度維持在20℃至40℃之間；

S200、利用預(yù)設(shè)的限壓脈沖對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，直至蓄電池的充電量達(dá)到其額定電容量的6-8倍，結(jié)束充放電；

S300、充放電結(jié)束后，根據(jù)每次充放電的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的蓄電池的電量繪制電量和時(shí)間關(guān)系曲線，即為蓄電池的最大充電能力曲線。

將裝配好的干電池與灌酸機(jī)連接好，通過真空泵將電池內(nèi)的空氣抽出，使其形成負(fù)壓，打開酸閥，定量好的硫酸電解液被吸入電池，通過2至3次抽真空，電解液即可全部灌入電池，即完成灌酸。將灌酸后的蓄電池放入水浴槽中，水浴溫度控制在20℃至40℃之間，對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電。

具體地充放電過程如下：向蓄電池輸入50A～150A的正脈沖電流，正脈沖電流持續(xù)時(shí)間3S～20S之后，輸入20A～80A的負(fù)脈沖電流，負(fù)脈沖電流持續(xù)時(shí)間0.5S～5S之后再次輸入正脈沖電流，依次循環(huán)，進(jìn)行充放電，直至蓄電池的充電量達(dá)到其額定電容量的6-8倍，結(jié)束充放電；充放電過程中，將蓄電池的電壓控制在2.4V～2.8V之間。

上述利用脈沖限壓方式對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，如圖4所示，可以在毫秒級(jí)內(nèi)切換電流方向，達(dá)到去極化的目的，并將電極極化控制在有效范圍內(nèi)，從而在快速充電和有效極化間找到平衡。最后，根據(jù)每次充放電的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的電量繪制電量和時(shí)間關(guān)系曲線，得到蓄電池的最大充電能力曲線。

在上述充放電過程中，水浴溫度控制在20℃至40℃之間，也可以保持在該溫度范圍內(nèi)的某一個(gè)溫度點(diǎn)上，例如20℃、25℃、30℃、32℃、40℃等。溫度太低化學(xué)反應(yīng)效率低，溫度太高電池槽蓋易變形，基于此，溫度保持在30℃為宜。

單次向蓄電池輸入的正脈沖電流的大小為50A～150A，可以是50A、60A、70A、100A、130A以及150A等。由于電流太小無法實(shí)現(xiàn)快速充電，電流過大設(shè)備投入成本高，所以輸入的正脈沖電流的大小保持在50A～150A的范圍內(nèi)均可，以100A為宜。

單次向蓄電池輸入的正脈沖電流的持續(xù)時(shí)間為3S～20S，可以是3S、5S、8S、10S、15S、20S等，時(shí)間過短無法實(shí)現(xiàn)快速充電，時(shí)間過長會(huì)造成副反應(yīng)明顯，所以正脈沖電流的持續(xù)時(shí)間保持在3S～20S的范圍內(nèi)均可，以5S為宜。

單次向蓄電池輸入的負(fù)脈沖電流的大小為20A～80A，可以是20A、30A、40A、50A、60A以及80A等。由于電流太小無法實(shí)現(xiàn)快速充電，電流過大設(shè)備投入成本高，所以輸入的負(fù)脈沖電流的大小保持在20A～80A的范圍內(nèi)均可，以50A為宜。

單次向蓄電池輸入的負(fù)脈沖電流的持續(xù)時(shí)間為0.5S～5S，可以是0.5S、1S、2S、3S、4S、5S等，時(shí)間過短無法去極化，時(shí)間過長會(huì)造成過度放電，不利于快速充電，所以負(fù)脈沖電流的持續(xù)時(shí)間保持在0.5S～5S的范圍內(nèi)均可，以1S為宜。

充放電過程中，蓄電池的電壓限定為2.4V～2.8V，限壓過低電流較早被限制，電流小會(huì)延長充放電時(shí)間，不利快速充電，限壓過高，副反應(yīng)增加，不利于活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化，2.6V為宜。

充放電過程中，直至蓄電池的充電量達(dá)到其額定電容量的6～8倍時(shí)，結(jié)束充放電。充電量如果太低，活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化不夠，充電量太高又會(huì)增加副反應(yīng)，以7倍為宜。

上述充放電過程和曲線繪制過程可以通過人工手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可以利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。

本發(fā)明實(shí)施例二提供的繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法，包括以下步驟：

第一步，電池灌酸完成后，立即放入水浴槽中，水浴溫度控制在30℃，電池在2小時(shí)內(nèi)開始充放電；

第二步，將編輯好的脈沖程序?qū)氤浞烹姍C(jī)，開啟對(duì)應(yīng)回路，電池開始充放電，具體脈沖程序如下，參見表一：

表一

正脈沖電流100A，脈沖持續(xù)時(shí)間5S；

負(fù)脈沖電流50A，脈沖持續(xù)時(shí)間1S；

電池限壓2.6V，電量控制為電池的額定容量的7倍。

脈沖程序執(zhí)行后，按照正脈沖5S，負(fù)脈沖1S，一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)充入電量0.0875Ah，當(dāng)充入總電量達(dá)到電池額定容量的7倍時(shí)程序自動(dòng)結(jié)束，充放電機(jī)停止，完成充放電。

在上述充放電過程中，充放電機(jī)自動(dòng)記錄充電電量、電流、電壓和時(shí)間，水浴設(shè)備監(jiān)控水浴溫度，目的是為了穩(wěn)定充放電過程中電池溫度，確保內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)效率。

第三步，根據(jù)充放電機(jī)記錄的電量和時(shí)間，做出電量——時(shí)間曲線，如圖5所示，即為電池的最大充放電能力曲線。

本發(fā)明的繪制蓄電池的最大充電能力曲線的方法，利用脈沖限壓方式對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電，可以在毫秒級(jí)內(nèi)切換電流方向，達(dá)到去極化的目的，并將電極極化控制在有效范圍內(nèi)，從而在快速充電和有效極化間找到平衡。最后，根據(jù)每次充放電的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的電量繪制電量和時(shí)間關(guān)系曲線，得到蓄電池的最大充電能力曲線，特別適用于中大型后備用鉛酸蓄電池。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。特別指出，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。