铅酸蓄电池的除硫化技术

2013-05-03 16:46:24   来源:   评论:0   点击:   [收藏]

  1.化学除硫化方法  现在市售的活化极板的电解液添加剂,品种很多,大同小异。用化学办法消除硫化的原理是,用碱性溶液溶化部分PbSO4,或加入部分原子量较小的碱金属的硫酸盐来处理,在充电状态下,在负极...

  1.化学除硫化方法  

  现在市售的活化极板的电解液添加剂,品种很多,大同小异。用化学办法消除硫化的原理是,用碱性溶液溶化部分PbSO4,或加入部分原子量较小的碱金属的硫酸盐来处理,在充电状态下,在负极表面孔洞内形成碱性环境。PbSO4在碱性条件下,有很大的溶解度。部分PbSO4溶解后,露出新鲜的Pb表面,正常的充放电就可进行了。有的商家把这种添加剂誉为有“起死回生”的作用。用化学方法处理硫化,由于要加入新的物质,所以有较大的副作用,不易被广泛采用。

  这里介绍一种最简单的方法。把已硫化的电池里的电解液倒出,注入蒸馏水,按3~5g/l电解液的比例加入化学纯的Na2CO3;大约经1~3h,电动汽车铅酸蓄电池硫化就会大幅度减轻或消除。其原理是:凡是硫化的铅蓄电池,活性物质表面都被一层致密的PbSO4包裹。因硫酸铅不导电,使充电反应无法进行。加入Na2CO3后,电解液中的PbSO4发生反应:

Na2CO3+PbSO4(溶液中)→PbCO3↓+Na2SO4

  溶液中的PbCO3沉淀后,极板表面的PbSO4又溶解进溶液。这个过程,使活性物质表面的PbSO4不断减少,当有一定数量的“新鲜的”活性物质露出来之后,铅酸蓄电池的充电就易于进行了。

  2.物理除硫化方法

  由于Na2CO3是将极板表面剥去了一层,因此加入量不可过多,以掌握铅蓄电池可以充电为限。这种化学剥离同时在极板微观铅粒的连接处也会进行,所以,这样处理过的铅蓄电池,极板活性物质联结强度减弱了,同新电池的极板相比,活性物质易于脱落。为了防止铅蓄电池硫化,在快速充电技术的基础上,开发了电子除硫化装置。由于体积小,使用方便,首先在国外军用机动车上得到广泛的应用。现研制的极板活化装置是个全封闭的电子部件,体积为43mmx63mmx25mm。在铅蓄电池外部紧靠铅蓄电池安装在机动车上。这种产品使用方便,见效快,使用中对其不需任何维护。将其装到机动车上,充电累积到24h,就能测出铅蓄电池启动功率的增加。在低温条件下,主要是负极板活性程度降低导致电池性能下降。在冬季,活化效果会更明显一些。这种除硫化的基本原理就是给极板加上一个高电压,其基本充电波形如图3-24所示。它特有的充电波形能在充电的同时,逐步在极板的致密的硫酸铅表面打开一个缺口,当水开始分解时,又恢复到正常电压,正常电压可给电动汽车蓄电池充电。并从缺口开始把硫酸铅转化成铅,逐步扩大后,就达到消除硫化,恢复容量的功效。

电动汽车技术

  为了考核除硫化的效果,不能用使用过的旧铅蓄电池进行除硫化验证。如采用经使用而硫化的铅蓄电池,由于铅蓄电池在使用过程中会伴随发生板栅腐蚀断筋,铅膏脱落,就找不到单纯因硫化而报废的铅蓄电池。经使用电子除硫化装置后,由于有其他损坏因素的干扰,不易从电性能上确认去硫化的效果。因此,可专门制备一只纯硫化铅蓄电池以验证去硫化效果。下面是一次这样的试验。

  纯硫化铅蓄电池的制备是用铅蓄电池制造过程中的生极板,在固化工艺后直接组装成铅蓄电池,注入密度d=1.28g/cm3(20℃)的电解液,静置5天使极板彻底硫化。

  经固化后的生极板中均没有活性成分,正极板上没有PbO2,负极板上基本上没有Pb。因此,注入酸后,正负极板上全部转换成硫酸铅,铅蓄电池的端电压是零。而且由于静置数天,极板上的硫酸铅会结晶长大成大颗粒的结构,这是标准的硫化状态,铅蓄电池没有其他形式的损坏。

  试验铅酸蓄电池型号:6Q-60,试验程序如表3-1所示。

表3-1 标准纯硫化铅酸蓄电池活化试验程序
序号 项目 内容
1 注酸 d=1.28g/cm3,24℃,5min时,温度为57℃,静置5天
2 充电

5A×27h+3A×9h=162A·h

3 Np值 稳定值为1.53V×200A×6=1836W
4 放电C 6A×6h=36A·h,达到60%
5 放电 将端电压由12V放到0.03V
6 接入活化 当充电电流降到1A时接入活化器
7 接入活化 当充电电流降到1A时接入活化器
8 Np值 达到稳定时间接入后的32h,其值为1.625V×200A×6=1950W
9 有效充电 到达1950W时实际充入容量为79.5A·h
10 放电C 6A×8.3h=49.8A·h,终止电压为10.5V,达到83%
11 充电 2A×30h+14.8V,恒压36h,恒压时接入活化器
12 Np 停充1h后测得1.64V×200A×6=1969W

  由于除硫化器工作电流在数10mA数量级上,在静置不充电时,静态耗电为7mA,小于GB规定的铅蓄电池自放电标准,对铅蓄电池耗电损伤可忽略不计。

  除硫化器的去硫化效果显著,被试铅蓄电池使用后,在20h内可消除铅蓄电池的硫化,使极板恢复活性,提高电动汽车铅酸蓄电池的启动功率值。

  除硫化器可安装在充电机上,用这种充电机做了两个试验:

  (1)一只60A·h的铅蓄电池,已使用5年,因硫化铅蓄电池只有17A·h的容量,经3次充电,容量就达到35A·h。

  (2)有一只6Q100铅蓄电池,使用半年后因车辆被扣停用,被静置存放了一年半,打开补水口的盖,已看不到电液,12V极柱的空载电压只有3V。补水到极板上方适当位置后充电,按2A充一周,再按1A充一周,共充入500A·h的电量。最后充电时端电压上升到15V。停充后测试其性能,加上170A的放电负载,3s末端电压立即降到6V,连续进行第二次测试,电压降到3.5V,电动汽车铅酸蓄电池失去启动能力。

  接上除硫化充电机,充电电流为2A,充电24h,在179A负载条件下,端电压为10.5V,启动功率达1879W,铅蓄电池启动能力基本恢复。

  电子除硫化器的外观如图3-25所示。

  这种装置已经制作成一次可活化一个多单节的铅蓄电池组,输入220V交流电,输出端接蓄电池组的适应工作电压是2~200V,使用接线如图3-26所示。

电动汽车技术

  现在有一种利用脉冲波除硫化的电子除硫化器。这种除硫化技术已经在铅酸蓄电池行业的电池制造中的“化成”工序普遍采用,收到很好的节能效果。根据基站电池的容量和电压设计的专用电子除硫化器,已经在许多地方使用。适度补加水后用除硫化器除硫化,可以收到较好的容量提升效果,副作用较小。但把这类装置长期挂附在铅蓄电池组上,没有必要也不合理。

  在通信基站条件下铅蓄电池的硫化,是在不合理的条件下产生的。铅蓄电池的硫化,是长期在低保有容量条件下,才会产生的。在正常浮充和维护条件下,铅蓄电池就不会发生硫化。

  如果只把注意力放在除硫化上,制定除硫化的技术标准,制作除硫化的设备,编写除硫化的工艺,采用除硫化的措施,而不去改变铅蓄电池工作条件,这是治标不治本的做法,铅蓄电池的硫化仍然会不间断的发生。

  “不合理使用发生硫化——除硫化——不改变使用条件再次发生硫化”,这是一个现在许多单位正在走的怪圈。

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