鋅銀貯備電池短時加載活化延壽研究

關(guān)海波，劉孟峰

(中國電子科技集團公司第十八研究所，天津300384)

鋅銀貯備電池短時加載活化延壽研究

關(guān)海波，劉孟峰

(中國電子科技集團公司第十八研究所，天津300384)

采用在鋅銀貯備電池內(nèi)連接限流電阻器(和時間繼電器)進行短時加載活化的方法，對貯存后的鋅銀貯備電池性能進行了研究。通過對干貯存14年5278電池組進行性能實驗，結(jié)果表明，使用TRY型限流電阻和時間繼電器連在正負極之間可以有效地改善鋅銀貯備電池的工作性能。

鋅銀貯備電池；短時加載活化；延壽

鋅銀貯備電池具有比能量高，比功率大，可大電流放電，放電電壓平穩(wěn)，電壓精度高，可靠性、安全性好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種武器裝備和民用設(shè)備中[1]。但鋅銀電池在干貯存期間會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的老化，尤其是極板性能的下降，會出現(xiàn)失去容量、電壓降低等現(xiàn)象。國內(nèi)外對長貯存壽命鋅銀貯備電池新型結(jié)構(gòu)研究相關(guān)的技術(shù)文獻甚少，僅許學(xué)春[2]、王永昌[3]、孔祥蕊[4]等人進行過有限的研究。

孔祥蕊對鋅-銀電池組進行改裝，在正負極之間并聯(lián)一個熔斷器，當(dāng)電池組被激活時，大電流把熔斷器熔斷，這將大大改善電池組的性能。但是其考慮的重點是在武器裝備和民用設(shè)備上安裝強電用的體積較大的熔斷器，而非對電池本身進行改進設(shè)計。在電池有限的體積和質(zhì)量要求下，基本可以排除使用強電用熔斷器的可能性。因此，可在電池內(nèi)連接限流電阻器(和時間繼電器)進行加載前短時加載活化，以改善長時間貯存后鋅銀貯備電池的工作性能，為研制具有14年及以上的貯存能力的鋅銀貯備電池提供了技術(shù)貯備。

1 實驗

1.1 實驗件和實驗裝置

1.1.1 實驗電池

實驗極板組：中國電子科技集團公司第十八研究所生產(chǎn)的干貯存14年的5278電池組解剖后取出的極板組。5278電池組是由20個極板組串聯(lián)而成；而每個極板組由6片正極和7片負極組成，均為面積24.8 cm2的矩形極板。

輔助電池：中國電子科技集團公司第十八研究所生產(chǎn)的19XYG18鋅銀蓄電池組。

電解液：1.30 d的KOH水溶液。

1.1.2 限流電阻器

四川永星電子有限公司(893廠)生產(chǎn)的三種TRY型限流電阻，詳見表1。

??????????????? ??/O ????/W ????? ????1 1 3 28 A 300 ms 28 A 5 s 2 2 3 20 A 300 ms 20 A 5 s 3 3 3 16 A 300 ms 16 A 5 s

1.1.3 時間繼電器

貴州航天電器股份有限公司(3412廠)生產(chǎn)的JSB-184M(2Ⅱ-30-∞)時間繼電器。

1.1.4 實驗裝置

主要實驗裝置包括：惠普公司的HP6050A型電子負載(60 V、120 A、600 W)，尼高力公司的Dimension型數(shù)據(jù)采集器等。

1.2 實驗方法

1.2.1 空白實驗

將干貯存14年的5278電池組解剖后取出的極板組按《5278電池組規(guī)范》[5]的要求進行極板組的放電測試，考察項目為5278電池組的容量和激活時間。極板組放電的電路圖見圖1，本實驗放電線路中不安裝“K——時間繼電器”和“R1——熔斷電阻”。之后激活極板組，激活120 s后加載放電。

1.2.2 正負極間連接限流電阻器

按照圖1將TRY型限流電阻連在正負極之間(不安裝30 s時間繼電器)。之后激活極板組，激活60 s后加載放電。

1.2.3 使用時間繼電器控制正負極間連接限流電阻器

按照圖1將TRY型限流電阻和30 s時間繼電器連在正負極之間。之后激活極板組，激活60 s后加載放電。

圖1 極板組放電電路圖

2 結(jié)果與討論

2.1 空白實驗結(jié)果和分析

干貯存14年5278極板組正常激活后放電結(jié)果(已折合成電池電壓)見表2。

???????????????????????????/s ????/A ????/V?????/V???? 0 ? 32.32 0.6 10.16 60 23.32 120 27.66 180 25 26?31 28.11 310?310.254 ?25 26.04 360 28.01 420 30 26?31 27.22????/s 504????/Ah 3.957 27.86 180 27.53 240 27.88 300 30 26?31

從表2中可以看出，盡管將極板組的激活后加載時間延長到了2 min，但極板組加載0.6 s后的電壓仍然低于26 V的最低工作電壓的要求，而且加載后電壓的上升較慢、時間過長，電池電壓和激活時間不能滿足使用要求。

2.2 正負極間連接限流電阻器實驗結(jié)果和分析

在將TRY型限流電阻連在正負極之間(不安裝30 s時間繼電器)激活極板組后，即有電流通過限流電阻。通過限流電阻的電流最大值、平均值以及熔斷時間見表3。

從表3可以看出，熔斷時間隨著限流電阻阻值的增大而延長，容量損失隨著限流電阻阻值的增大而增大。在正負極間連接限流電阻器實驗中，1 Ω限流電阻器實驗的熔斷時間最短、容量損失最小。

???????????????????????????????? 1 O????? 2 O????? 3 O?????????/A 29.84 14.20 10.45????/A 17.38 9.28 7.45????/s 2.6 10.6 19.5????/mAh 20.8 27.4 40.4

干貯存14年5278極板組激活60 s后加載的放電結(jié)果(已折合成電池電壓)見表4。

?

從表4中可以看出，1 Ω限流電阻器和3 Ω限流電阻器兩個實驗的加載0.6 s后電壓能夠滿足26 V的最低工作電壓要求，但1 Ω限流電阻器的電壓明顯高于3 Ω限流電阻器的電壓。

因此選用1 Ω限流電阻可以有效改善電池加載瞬間電壓下降過多、上升較慢的問題，但容量損失(20.8 mAh)相比較大，而且這一方法會破壞干態(tài)電池正負極之間的絕緣電阻，因此，一般不適用于有正負極之間的絕緣電阻要求和容量冗余較小的鋅銀貯備電池。

2.3 使用時間繼電器控制正負極間連接限流電阻器實驗結(jié)果

在將TRY型限流電阻和時間繼電器連在正負極之間激活極板組約30 s后，即有電流通過限流電阻。通過限流電阻的電流最大值、平均值以及熔斷時間見表5。

?????????????????????????????????? 1 O????? 2 O????? 3 O?????????/A 29.98 14.43 10.40????/A 18.31 11.11 9.52????/s 0.8 5.2 8.4????/mAh 4.1 16.1 22.2

從表5可以看出，熔斷時間隨著限流電阻阻值的增大而延長，且相同限流電阻阻值條件下熔斷時間相較于表3均較短。容量損失隨著限流電阻阻值的增大而增大，且相同限流電阻阻值條件下容量損失相較于表3均較小。在正負極間連接限流電阻器實驗和使用時間繼電器控制正負極間連接限流電阻器實驗中，1 Ω限流電阻器實驗的熔斷時間最短、容量損失最小。

干貯存14年5278極板組激活30 s后加載活化的放電結(jié)果(已折合成電池電壓)見表6。

從表6中可以看出，1 Ω限流電阻器和2 Ω限流電阻器兩個實驗的加載0.6 s后電壓能夠滿足26 V的最低工作電壓要求，但1 Ω限流電阻器的電壓明顯高于2 Ω限流電阻器的電壓。

28.08 27.02 27.56 310?310.254 ?25 26.68 26.98 25.34 360 27.73 24.32 27.43 420 30 26?31 26.86 26.38 27.07????/s 444 384 459????/Ah 3.457 2.957 3.582 3 O????????? 0 ? 30.14 31.60 32.12 0.6 27.79 26.26 23.50 60 28.33 26.59 27.78 120 28.53 27.38 27.97 180????????????????????????????????????????/V????/s 28.62 27.80 28.10 180 28.31 27.31 27.61 240 28.20 27.25 27.64 300????/A 2 O?????????/V 1 O?????25 26?31 30 26?31

因此，使用時間繼電器控制正負極間連接限流電阻器實驗中1 Ω限流電阻器的實驗結(jié)果最好，不僅可以有效地改善電池加載瞬間電壓下降過多、上升較慢的問題，而且這一方法不會破壞正負極之間的絕緣電阻，適用于對正負極之間的絕緣電阻有要求的鋅銀貯備電池。

3 結(jié)論

通過對電池短時加載活化進行的實驗，結(jié)果表明，使用TRY型限流電阻和時間繼電器連在正負極之間可以有效地改善鋅銀貯備電池的工作性能。這為研制具有14年及以上的貯存能力鋅銀貯備電池提供了技術(shù)貯備。

[1]呂鳴祥，黃長保，宋玉瑾.化學(xué)電源[M].天津：天津大學(xué)出版社，1992：258-296.

[2]許學(xué)春，張明.超期銀鋅電池組貯存壽命實驗研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2008，5(3)：33-35.

[3]王永昌，原野，林梅芳.電化成干荷電鋅銀電池干貯存性能及延壽研究[R].貴州：國營梅嶺化工廠，1989：7-8.

[4]孔祥蕊.鋅-銀電池組延壽實驗[J].洪都科技，1998(2)：33-37.

[5]馬培英.Q/VE20121-1999 5278電池組規(guī)范[S].天津：信息產(chǎn)業(yè)部電子第十八研究所，1999.

Study on life-extension through short-loading activation in silver zinc reserve battery

GUAN Hai-bo,LIU Meng-feng
(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin 300384,China)

Through the short-loading activation means of using current-limiting resistor(and time-delay relay)in silver zinc reserve battery,the performance of lifetime storage silver zinc reserve battery was studied.The performance of those 14-years 5278 cells was examined.The testing results indicate that the means of using current-limiting resistor and time-delay relay are able to improve the performance of the silver zinc reserve battery.

silver zinc reserve battery;short-loading activation;storage life

TM 911

A

1002-087 X(2016)08-1627-03

2016-01-27

關(guān)海波(1980—)，男，黑龍江省人，高級工程師，主要研究方向為鋅銀貯備電池。