专利名称：铅酸蓄电池极板化成方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及铅酸蓄电池极板的化成技术，特别是一种方法及其装置，用于使铅酸蓄电池极板化成，以及确定蓄电池极板的化成状态。
铅酸蓄电池极板化成的一般技术是使电流流入蓄电池极板，这种技术虽然简单，但在化成充电的中后期，却会产生剧烈的析气，造成电能的浪费和环境的严重污染。其原因是在化成的初期，化成充电电流不仅仅用于使氧化铅转换为铅和过氧化铅，还用于使极板从无序的粉末状结构转化为一种相对有序的有一定刚性的结构，该阶段电能转换为化学能的效率最高；同时在电场作用下，随着相对有序的刚性结构的逐渐形成，槽压也不断下降，由于槽压低于水的电解电位，因此几乎没有水被电解为氢气和氧气，有序结构形成的标志是槽压下降到最低点，此时电能转换为化学能的效率也达到最高点；相对有序的刚性结构形成以后，在化成的中后期，为使化成向深度发展，极板达到规定的容量，往往采取提高化成充电电压的方法来保证一定的化成电流，槽压开始升高，当槽压超过水的电解电位时，水就开始电解为氢气和氧气，既浪费电能又造成污染，且由于气体的析出，极板与电解液之间的电荷交换受到阻碍，同时由正离子向负极板的迁移和负离子向正极板的迁移而造成的扩散层也由于槽压的升高而加厚，两方面的原因都使得化成槽的内电阻不断增加，从而使化成效率下降。
要提高化成中后期的效率，就必须设法降低化成槽的内阻，根据以上分析，降低化成槽内阻的可能途径之一是减小由扩散层和水电解气体所形成的阻挡层的厚度，另一个可能的途径是使极板在形成相对有序的刚性结构时，使生成的晶粒所形成的总表面积增大，从而使电极与电解液之间的接触面积增大，相应地减小化成槽的内电阻。
目前，采用的化成设备主要有两大类，一类是人工控制的调压器调压整流化成设备，另一类是计算机控制的可控硅调压整流化成设备，后者只是将前者的经验变为计算机控制，但由于未对化成工艺作相应的改进，因此中后期化成中的析气问题依然存在，并未解决铅酸蓄电池生产过程中的污染和能源浪费问题。
本发明的目的是设计一种铅酸蓄电池极板化成方法及其装置，通过确定蓄电池极板的化成状态，并根据蓄电池极板的化成状态转换化成充电阶段和结束化成充电，在保证蓄电池极板化成质量的前提下，降低蓄电池极板化成时的能耗和析气量，较大幅度的减少酸雾对大气的污染，提高化成效率，特别是化成中后期的效率。
申请人经研究后发现，极板化成的电压越高，则效率越低，在化成过程中加上一定宽度的负脉冲放电，可在较低电压下得到较大的化成充电电流和较高的化成效率，从而有效地减少了析气量，并降低了功耗。本发明通过设计一种能随时监测化成电压和电流变化的电路，调整化成充电电流和放电负脉冲的宽度，提高中期化成电流，使化成过程始终处于相对较高的化成效率和较低的析气状态下。
本发明的铅酸蓄电池极板化成方法，其特征在于是包括以下步骤1.1以恒定电流向铅酸蓄电池极板实施第一阶段充电，并同时测量槽压，直至槽压降至最低点或达到按铅酸蓄电池类型选定的时间时结束第一阶段充电；
1.2.1以N个充电脉冲向铅酸蓄电池极板实施第二阶段充电，并同时测量槽压，得到槽压的平均值V1；1.2.2等待第一个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第一个选定周期内的槽压的平均值V2；1.2.3向铅酸蓄电池极板施加一个放电脉冲，该放电脉冲宽度适时调整为与铅酸蓄电池极板的化成深度比例参数成比例；1.2.4等待第二个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第二个选定周期内的槽压的平均值V3；1.2.5计算V2-V3得到蓄电池极板的化成深度比例参数；1.2.6循环步骤1.2.1至1.2.5，直至V2-V3小于一个额定值及在预定时间内，以一起始时间和结束时间分别测得的任意两个循环周期的V1的差值小于一定值时，结束第二阶段充电；1.3.1以略小于第二阶段充电电流的N个充电脉冲向铅酸蓄电池极板实施第三阶段充电；1.3.2等待第三个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第三个选定周期内的槽压的平均值V31；1.3.3向铅酸蓄电池极板施加一个放电脉冲，该放电脉冲宽度适时调整为与铅酸蓄电池极板的化成深度比例参数成比例，并同时测量槽压，得到放电时槽压的平均值V32；1.3.4等待第四个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第四个选定周期内的槽压的平均值V33；1.3.5计算V31-V33，得到蓄电池极板的化成深度比例参数；1.3.6循环步骤1.3.1至1.3.5，直至V31-V32小于一个额定值及V31-V33小于一个额定值时结束化成。
所述第一阶段充电的步骤1.1中的恒定电流为0.15-0.2C，是由连续的频率为100HZ或120HZ或150HZ或180HZ的宽度近似相等的脉冲组成的，且脉冲宽度随所述的选定时间的增加而逐步减少。
所述第二阶段充电的N个脉冲电流为0.35-0.5C，所述第三阶段充电的N个脉冲电流为0.1～0.15C。
所述的第二阶段充电的第一个选定的等待周期近似相等于第二个选定的等待周期；所述的第三阶段充电的第三个选定的等待周期近似相等于第四个选定的等待周期。
所述的第二阶段充电的步骤1.2.6中，所述的预定时间是十分钟，所述的差值小于0.1V。
所述的第二阶段充电及第三阶段充电中，各槽压的平均值是对应充电周期、等待周期、放电周期、等待周期的起始时间与结束时间之间槽压测量的积分平均值。
本发明的铅酸蓄电池极板化成装置，包括与蓄电池极板串接的充电主电路和控制充电主电路的控制器电路，其特征在于还包括有放电电路和分流器电路；所述的充电主电路与蓄电池极板、分流器电路串接构成铅酸蓄电池极板的充电回路，所述的放电电路与蓄电池极板、分流器电路串接构成铅酸蓄电池极板的放电回路；所述的控制器电路分别向充电主电路、放电电路输出充电控制信号及放电控制信号，所述的充电主电路向控制器电路输出缺相报警信号，所述的蓄电池极板向控制器电路输出电压测量信号，所述的分流器电路向控制器电路输出电流测量信号。
还包括有显示电路、键盘电路和报警电路，分别与所述的控制器电路连接。
所述的控制器电路包括CPU电路及分别与CPU电路连接的电压测量电路、电流测量电路、充电控制电路、放电控制电路、参数存贮电路、声光报警电路、通讯接口电路、打印接口电路、显示接口电路和键盘接口电路；电压测量电路及充电控制电路与所述充电主电路连接，电流测量电路与所述的分流器电路连接，放电控制电路与所述的放电电路连接，显示接口电路连接显示器，键盘接口电路连接键盘。
所述的充电主电路由断路器、变压器、快速熔断器及半可控整流桥顺序连接构成，所述的快速熔断器向所述的控制器主电路输出缺相报警信号，所述的控制器主电路分别向断路器及半可控整流桥输出异常断电信号及充电控制信号。
本发明的化成装置通过设计一种能随时监测化成电压和电流变化的电路，调整化成充电电流和放电负脉冲的宽度，提高中期化成电流，使化成过程始终处于相对较高的化成效率和较低的析气状态。
本发明的化成方法将蓄电池极板的化成过程分为三个阶段，在第一阶段充电时采用适当的电流对蓄电池极板进行化成，以使极板形成较细的晶状结构，增大极板电化学反应的有效面积，从而为提高极板容量打下基础；在第二阶段充电时，本发明先对蓄电池极板施加一系列充电脉冲，然后等待一个适当的时间，再向蓄电池极板施加一个适当的放电脉冲，然后再等待一个适当的时间，重复这个过程直至第二个阶段结束，第二阶段化成充电结束的标志是在施加一系列充电脉冲后的化成槽槽压峰值达到一个稳定值；第三阶段化成充电与第二阶段化成充电过程基本相同，只是化成充电的电流低些，第三阶段化成充电结束的标志是在放电脉冲结束时化成槽槽压达到一个稳定值，并且第三个等待周期结束时的槽压与第四个等待周期结束时的槽压之间的差值达到最小值。
下面结合实施例附图进一步说明本发明的方法及装置
图1.本发明三个阶段充电过程的电压、电流波形示意2.本发明第一阶段充电过程的波形示意3.本发明第二阶段充电过程的波形示意4.本发明第三阶段充电过程的波形示意5.本发明化成装置的结构原理框6.本发明化成充电过程主流程7.图5中控制器电路的结构框8.图5中充电主电路的结构框图参见图1、图2，充电第一阶段，装置以0.15-0.2C的恒定电流对蓄电池极板充电，该恒定电流由连续的频率为100HZ、120HZ、150HZ、180HZ宽度近似相等的脉冲组成，如图2所示，第一阶段充电结束时槽压下降至最低点，或者在按铅酸蓄电池类型选定的时间到时结束第一阶段充电。
参见图1、图3，第二阶段充电周期T1、第一个等待周期T2、放电周期T3和第二个等待周期T4组合构成一个循环周期。充电时电压和电流的测量值是T1起始t1与结束t2之间的积分平均值，第一个等待周期T2时电压的测量值是起始t3和结束t4之间的积分平均值，放电时电压的测量值是T3起始t5和结束t6之间的积分平均值，第二个等待周期T4时电压的测量值是起始t7和结束t8之间的积分平均值。
当充电电压达到一个稳定值且第一等待周期和第二等待周期之间的电压差小于一个额定的值时，第二阶段充电结束。充电电压达到一个稳定值的判定准则是间隔十分钟充电周期，单个化成槽电压测量值的差低于0.1V。
参见图1、图4，第三阶段充电周期T5、第三个等待周期T6、放电周期T7和第四个等待周期T8组合构成一个循环周期。充电时电压和电流的测量值是T5起始t9与结束t10之间的积分平均值，第三个等待周期T6时电压的测量值是起始t11和结束t12之间的积分平均值，放电时电压的测量值是T7起始t13和结束t14之间的积分平均值，第四个等待周期T8时电压的测量值是起始t15和结束t16之间的积分平均值。
当第三等待周期的电压测量值与放电周期电压测量值的差小于一个额定值且第三等待周期和第四等待周期之间的电压差小于一个额定的值时，化成充电结束。
第二阶段充电时，等待第一个选定周期的槽压测定值与等待第二个选定周期的槽压测定值之间的差值是蓄电池的极板化成深度比例参数，它反映了上述积分幅值是否达到稳态，或蓄电池极板槽压的变化速率是否达到稳态。同理，第三充电阶段中，第三个选定周期的槽压测定值与等待第四个选定周期的槽压测定值之间的差值构成了该阶段中蓄电池的极板化成深度比例参数，再由极板化成深度比例参数决定对应充电阶段中放电脉冲的宽度。
参见图5，化成装置包括充电主电路1、放电电路2、控制器电路3、显示电路4、键盘电路5、报警电路6和分流器电路7，图中8为铅酸蓄电池极板，上述部件分别构成蓄电池极板8的充电回路及放电回路。
控制器电路3可根据不同的极板配方通过键盘电路5配置参数，参数一经配置，控制器电路即可永久性地记忆，不需要在每次化成时重新配置。充电主电路1中含有向蓄电池极板8施加充电电流的充电装置，放电电路2中含有向蓄电池极板8施加放电脉冲的放电装置，而控制器电路3则用于使充电装置在第一阶段向蓄电池极板施加0.15-0.2C的恒定充电电流、在第二阶段向蓄电池极板施加0.35-0.5C的充电脉冲电流、在第三阶段向蓄电池极板施加0.1-0.15C的充电脉冲电流，和使放电装置在第二、三阶段向蓄电池极板施加宽度变化的放电脉冲。显示电路4接收控制器3发出的信息，显示蓄电池极板的化成状态、化成设备的工作状态以及错误报警信息等。
控制器电路测量化成过程中的有关参数，经判断极板的化成状态再精确调整化成电流，通过实时检测、分析整个化成过程确定极板的化成状态再精确调整化成电流，使极板在化成过程中处于微量或少量的析气状态，因而大大降低了蓄电池生产过程中对大气环境的污染、节省了电能、保证了极板的化成质量。
参见图6，为控制器电路执行的化成充电过程主流程图，其中第一阶段充电结束标志是槽压降至最低点，第二阶段充电结束标志是槽压达到一个稳定值；第三阶段充电结束标志是槽压符合化成结束条件(前已述及不再赘述)。
参见图7，控制器电路3由CPU电路300、参数存贮电路301、放电控制电路302、键盘接口电路303、显示接口电路304、打印接口电路305、通讯接口电路306、声光报警电路307、电流测量电路308、充电控制电路309、电压测量电路310和控制器电源电路311连接构成。
电压测量电路310测量化成槽的槽压(蓄电池极板电压)，电流测量电路308测量流过化成槽的电流(包括充电电流和放电电流)，其中电流的测量是通过测量分流器7(见图5)上的电压来实现的，如测量一个周期20ms或40ms内电压的积分平均值(也可通过霍尔效应或其他手段来测量流过化成槽的电流)。
充电控制电路309包括两个部分，第一部分用于控制图8所示充电主电路1中断路器81的通断(B线)，控制输入交流电源A的通断，第二部分用于控制图8所示充电主电路1中半可控整流桥84(D线)，触发可控硅。
放电控制电路302在第二阶段的T3.和第三阶段的T4周期内使图5中的放电电路2导通，给化成槽提供一个电阻负载。
参数存贮电路301用于存储设定的配置参数。键盘接口电路303连接到图5的键盘电路5，用于设定程序的工作状态和部分参数。显示接口电路304与图5的显示电路4连接，用于显示当前的化成状态和电流、电压等参数。打印接口电路306用于连接一个打印机，打印化成过程中的有关参数。通讯接口电路306用于向计算机传递数据，便于集中维护管理。声光报警电路307用于监视装置内各部件的工作状态，当有部件损坏时，即发出声、光报警，提醒人们注意。
参见图8，充电主电路由断路器81、变压器82、快速熔断器83和半可控整流桥84顺序连接构成。A接380V三相交流电或220V两相交流电，为整个化成设备提供电源。B线和D线与控制器电路中的充电控制电路309连接，当设备出现异常时由控制器电路给出控制信号B，使断路器81断开切断设备电源；在正常工作时，分别于第一阶段、第二阶段的T1周期及第三阶段的T5周期内，由控制器电路给出控制信号(D)触发半可控整流桥84中的可控硅导通，使充电主电路给化成槽充入适当的电流。当快速熔断器83因过流熔断时，通过C线向控制器电路的声光报警电路307发出缺相报警信号。半可控整流桥84的E端则与化成槽的正端及分流器的负端连接，主控制器电路通过对整流电路84的控制来对化成电流进行精确调整。
由于本发明在第一阶段化成充电过程中，使极板形成有序结构，增大了极板参与电化学反应的有效面积，因此提高了极板活性物质形成的速度，提高了极板的化成效率；在第二阶段和第三阶段化成充电过程中加入放电脉冲，可以部分消除极板的极化，从而降低由于极化现象引起的槽压升高，也就降低了化成过程中的水解能源，有效地解决了析气问题。
权利要求
1.一种铅酸蓄电池极板化成方法，其特征在于是包括以下步骤1.1以恒定电流向铅酸蓄电池极板实施第一阶段充电，并同时测量槽压，直至槽压降至最低点或达到按铅酸蓄电池类型选定的时间时结束第一阶段充电；1.2.1以N个充电脉冲向铅酸蓄电池极板实施第二阶段充电，并同时测量槽压，得到槽压的平均值V1；1.2.2等待第一个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第一个选定周期内的槽压的平均值V2；1.2.3向铅酸蓄电池极板施加一个放电脉冲，该放电脉冲宽度适时调整为与铅酸蓄电池极板的化成深度比例参数成比例；1.2.4等待第二个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第二个选定周期内的槽压的平均值V3；1.2.5计算V2-V3得到蓄电池极板的化成深度比例参数；1.2.6循环步骤1.2.1至1.2.5，直至V2-V3小于一个额定值及在预定时间内，以一起始时间和结束时间分别测得的任意两个循环周期的V1的差值小于一定值时，结束第二阶段充电；1.3.1以略小于第二阶段充电电流的N个充电脉冲向铅酸蓄电池极板实施第三阶段充电；1.3.2等待第三个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第三个选定周期内的槽压的平均值V31；1.3.3向铅酸蓄电池极板施加一个放电脉冲，该放电脉冲宽度适时调整为与铅酸蓄电池极板的化成深度比例参数成比例，并同时测量槽压，得到放电时槽压的平均值V32；1.3.4等待第四个选定周期结束，并同时测量槽压，得到第四个选定周期内的槽压的平均值V33；1.3.5计算V31-V33，得到蓄电池极板的化成深度比例参数；1.3.6循环步骤1.3.1至1.3.5，直至V31-V32小于一个额定值及V31-V33小于一个额定值时结束化成。
2.一种铅酸蓄电池极板化成装置，包括与蓄电池极板串接的充电主电路和控制充电主电路的控制器电路，其特征在于还包括有放电电路和分流器电路；所述的充电主电路与蓄电池极板、分流器电路串接构成铅酸蓄电池极板的充电回路，所述的放电电路与蓄电池极板、分流器电路串接构成铅酸蓄电池极板的放电回路；所述的控制器电路分别向充电主电路、放电电路输出充电控制信号及放电控制信号，所述的充电主电路向控制器电路输出缺相报警信号，所述的蓄电池极板向控制器电路输出电压测量信号，所述的分流器电路向控制器电路输出电流测量信号。
3.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池极板化成方法，其特征在于所述第一阶段充电的步骤1.1中的恒定电流为0.15-0.2C，是由连续的频率为100HZ或120HZ或150HZ或180HZ的宽度近似相等的脉冲组成的，且脉冲宽度随所述的选定时间的增加而逐步减少。
4.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池极板化成方法，其特征在于所述第二阶段充电的N个脉冲电流为0.35-0.5C，所述第三阶段充电的N个脉冲电流为0.1～0.15C。
5.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池极板化成方法，其特征在于所述的第二阶段充电的第一个选定的等待周期近似相等于第二个选定的等待周期；所述的第三阶段充电的第三个选定的等待周期近似相等于第四个选定的等待周期。
6.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池极板化成方法，其特征在于所述的第二阶段充电的步骤1.2.6中，所述的预定时间是十分钟，所述的差值小于0.1V。
7.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池极板化成方法，其特征在于所述的第二阶段充电及第三阶段充电中，各槽压的平均值是对应充电周期、等待周期、放电周期、等待周期的起始时间与结束时间之间槽压测量的积分平均值。
8.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池极板化成装置，其特征在于还包括有显示电路、键盘电路和报警电路，分别与所述的控制器电路连接。
9.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池极板化成装置，其特征在于所述的控制器电路包括CPU电路及分别与CPU电路连接的电压测量电路、电流测量电路、充电控制电路、放电控制电路、参数存贮电路、声光报警电路、通讯接口电路、打印接口电路、显示接口电路和键盘接口电路；电压测量电路及充电控制电路与所述充电主电路连接，电流测量电路与所述的分流器电路连接，放电控制电路与所述的放电电路连接，显示接口电路连接显示器，键盘接口电路连接键盘。
10.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池极板化成装置，其特征在于所述的充电主电路由断路器、变压器、快速熔断器及半可控整流桥顺序连接构成，所述的快速熔断器向所述的控制器主电路输出缺相报警信号，所述的控制器主电路分别向断路器及半可控整流桥输出异常断电信号及充电控制信号。
全文摘要
本发明涉及一种铅酸蓄电池极板化成方法及装置。装置主要由主控制器、充电电路、放电电路、分流器连接构成，用于对极板施行三个阶段的化成充电过程。第一阶段以恒定电流充电直至一个特定的参数；第二、三阶段均循环进行系列脉冲充电—等待—放电—等待周期，分别至一个特定的参数时结束。由于对整个化成过程作实时检测、分析、确定极板状态，从而精确调整化成电流，转换化成充电阶段和结束化成充电。析气少、减少污染与能耗。
文档编号H01M10/06GK1159082SQ96120459
公开日1997年9月10日 申请日期1996年11月5日 优先权日1996年11月5日
发明者王磊, 徐江宁, 唐生云, 朱晓林, 赵小瑜, 夏燕庭, 杨新宪 申请人:中国人民解放军第二炮兵后勤部科技开发管理局