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

隨著科技的發展，鉛酸蓄電池的工藝結構、制造技術不斷改進，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。具體結構是，把一個大電池槽均分為兩個小電池槽，槽中并聯兩個單獨的極群，并聯的兩個極群在電池內部彼此連接（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。本文主要討論并聯的兩個單獨極群內部連接或不連接對鉛酸蓄電池容量、浮充電循環耐久性、過充電循環耐久性的影響[2-4]。

1 試驗結果及討論

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

圖1 極群連接

圖2 極群不連接

1.1 容量試驗結果及討論

將完全充電的鉛酸蓄電池在(25±5)℃環境中靜置1～24 h后，分別以20 A（10 h率）和110 A（1 h率）的恒定電流連續放電，直至電池端電壓降至相應的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，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部連接的雙極群鉛酸蓄電池和內部不連接的初容量幾乎沒有差別。

1.2 過充電循環耐久性試驗結果及討論

經1 h率容量試驗合格的鉛酸蓄電池完全充電后在（25±5）℃的環境中以4 A的恒定電流連續充電30 d后，電池不經再充電進行1h率容量放電試驗，計算25℃放電容量。當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的恒定電流繼續下一周30 d連續充電。當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%，電池轉入下一周30 d連續充電；如果驗證容量仍低于額定容量的80%時，過充電循環耐久性試驗結束，此30 d不計入過充電總數。八周過充電試驗的1 h率容量結果如表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。內部連接的蓄電池兩個極群的板柵腐蝕程度差別很小，而內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 浮充電循環耐久性試驗結果及討論

經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）℃的環境中按以下方法進行連續放充循環。

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，經過50次這樣的循環之后，電池不經再充電進行10 h率容量放電試驗。當放電容量不低于額定容量（10 h率額定容量200 Ah）的80%時，電池經完全充電后進行下一周50次放充循環。當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，如果驗證結果不低于額定容量的80%時，則電池經完全充電后繼續轉人下一周50次放充循環；如果驗證結果仍低于額定容量的80%時，則浮充電循環耐久試驗終止，此50次循環不計人浮充電循環總數。六周的浮充電試驗的10 h率容量結果如表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，而電池解剖的結果也說明偏流是影響壽命的主要原因。

2 小結

本試驗的結果說明，在雙極群以至于多極群鉛酸蓄電池中，并聯的單獨極群內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、循環耐久能力、充電接受能力等方面，內部連接的效果也優于內部不連接的。

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綜述[J]. 蓄電池, 2010,(3): 132～135.

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

[3]伊曉波. 鉛酸蓄電池制造與過程控制[J]. 286～337.

[4]劉廣林. 鉛酸蓄電池工藝學概論[J]. 146～350.

[5]伊曉波, 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準, 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標準,Q/ZGN J 001—2011: 12～17.