雙極群鉛酸蓄電池性能研究

王志文 李維俊 梅魁主 姜哲

(中國船舶重工集團公司第七一二研究所，武漢 430064)

0 引言

隨著科技的發(fā)展，鉛酸蓄電池的工藝結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)不斷改進，性能也不斷提高。特別是近年來電動車的興起，極大地推動了作為動力電源的鉛酸蓄電池的迅猛發(fā)展[1]。

一般情況下，一只額定電壓為2V的鉛酸蓄電池只有一個極群，本試驗用鉛酸蓄電池的不同之處在于其有兩個極群。具體結(jié)構(gòu)是，把一個大電池槽均分為兩個小電池槽，槽中并聯(lián)兩個單獨的極群，并聯(lián)的兩個極群在電池內(nèi)部彼此連接（如圖1）或不連接（如圖2）。這種在一個電池槽中并聯(lián)兩個極群的鉛酸蓄電池本文稱為雙極群鉛酸蓄電池。本文主要討論并聯(lián)的兩個單獨極群內(nèi)部連接或不連接對鉛酸蓄電池容量、浮充電循環(huán)耐久性、過充電循環(huán)耐久性的影響[2-4]。

1 試驗結(jié)果及討論

試驗用鉛酸蓄電池額定電壓2 V，額定容量200 Ah，兩個單獨的極群內(nèi)部連接的鉛酸蓄電池編號為L1、L2、L3，兩個單獨的極群內(nèi)部不連接的鉛酸蓄電池編號為B1、B2、B3，試驗方法參照國標(biāo)和企標(biāo)[5-6]。

圖1 極群連接

圖2 極群不連接

1.1 容量試驗結(jié)果及討論

將完全充電的鉛酸蓄電池在(25±5)℃環(huán)境中靜置1～24 h后，分別以20 A（10 h率）和110 A（1 h率）的恒定電流連續(xù)放電，直至電池端電壓降至相應(yīng)的1.80 V和1.60 V的終止電壓時停止試驗，按公式（1）計算鉛酸蓄電池容量如表1，其折線圖如圖3。

式中：Ce——換算為25℃時的容量（Ah）；

t ——放電開始至放電終止時的平均溫度（℃）；

Ct——平均溫度為t℃時的容量（Ah）；

k——溫度系數(shù)，10 h率時，k=0.006；1h時，k=0.01。

表1 鉛酸蓄電池容量

圖3 1 h率和10 h率容量曲線

由1 h率和10 h率容量曲線可以看出內(nèi)部連接的雙極群鉛酸蓄電池和內(nèi)部不連接的初容量幾乎沒有差別。

1.2 過充電循環(huán)耐久性試驗結(jié)果及討論

經(jīng)1 h率容量試驗合格的鉛酸蓄電池完全充電后在（25±5）℃的環(huán)境中以4 A的恒定電流連續(xù)充電30 d后，電池不經(jīng)再充電進行1h率容量放電試驗，計算25℃放電容量。當(dāng)1 h率放電容量不低于額定容量（1 h率額定容量110 Ah）的80%時，電池完全充電后以4 A的恒定電流繼續(xù)下一周30 d連續(xù)充電。當(dāng)1 h率容量低于額定容量的80%時，完全充電后再進行一次1 h率容量放電試驗驗證，如果驗證容量不低于額定容量80%，電池轉(zhuǎn)入下一周30 d連續(xù)充電；如果驗證容量仍低于額定容量的80%時，過充電循環(huán)耐久性試驗結(jié)束，此30 d不計入過充電總數(shù)。八周過充電試驗的1 h率容量結(jié)果如表2，折線圖如圖4。

圖4 過充電后1 h率容量曲線

表2 八周過充電的l h率容量

由1 h率容量曲線可以看出內(nèi)部連接的雙極群鉛酸蓄電池比不連接的容量下降的更快，壽命也更短，電池解剖后可知，這主要是由偏流引起的。內(nèi)部連接的蓄電池兩個極群的板柵腐蝕程度差別很小，而內(nèi)部不連接的蓄電池兩個極群的板柵腐蝕程度差別很大。

1.3 浮充電循環(huán)耐久性試驗結(jié)果及討論

經(jīng)10 h率容量試驗達到額定值的鉛酸蓄電池完全充電后在（25±5）℃的環(huán)境中按以下方法進行連續(xù)放充循環(huán)。

圖5 浮充電后10 h率容量曲線

a) 以40 A的恒定電流放電2 h；b) 以2.25 V每格的恒定電壓（限流40A）充電22 h，經(jīng)過50次這樣的循環(huán)之后，電池不經(jīng)再充電進行10 h率容量放電試驗。當(dāng)放電容量不低于額定容量（10 h率額定容量200 Ah）的80%時，電池經(jīng)完全充電后進行下一周50次放充循環(huán)。當(dāng)放電容量低于額定容量的80%時，再進行一次10 h率容量放電試驗驗證，如果驗證結(jié)果不低于額定容量的80%時，則電池經(jīng)完全充電后繼續(xù)轉(zhuǎn)人下一周50次放充循環(huán)；如果驗證結(jié)果仍低于額定容量的80%時，則浮充電循環(huán)耐久試驗終止，此50次循環(huán)不計人浮充電循環(huán)總數(shù)。六周的浮充電試驗的10 h率容量結(jié)果如表3，其折線圖如圖5。

10 h率容量曲線反映的浮充電對壽命的影響的問題同過充電的一樣，而電池解剖的結(jié)果也說明偏流是影響壽命的主要原因。

2 小結(jié)

本試驗的結(jié)果說明，在雙極群以至于多極群鉛酸蓄電池中，并聯(lián)的單獨極群內(nèi)部連接能在一定程度上遏制偏流，從而能延長鉛酸蓄電池的使用壽命，提高電池的穩(wěn)定性。

同時我們也可以通過試驗驗證，在端電壓的均衡性、循環(huán)耐久能力、充電接受能力等方面，內(nèi)部連接的效果也優(yōu)于內(nèi)部不連接的。

表3 六周浮充電的10 h率容量

[1]廖金華, 李建黎. 鉛酸蓄電池充電技術(shù)綜述[J]. 蓄電池, 2010,(3): 132～135.

[2]孫成. 汽車用雙聯(lián)鉛酸蓄電池發(fā)展概況[J]. 電池,2003,(5): 328～329.

[3]伊?xí)圆? 鉛酸蓄電池制造與過程控制[J]. 286～337.

[4]劉廣林. 鉛酸蓄電池工藝學(xué)概論[J]. 146～350.

[5]伊?xí)圆? 熊蘭英, 曹水煥等. 固定型閥控密封式鉛酸蓄電池. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn), GB/T 19638.2—2005: 10～12.

[6]王志文, 李維俊, 梅魁主等. 閥控式密封鉛酸蓄電池. 湖北長海新能源科技有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),Q/ZGN J 001—2011: 12～17.