阅读说明：本技术 一种紧装配电池酸循环化成系统及利用该系统的化成方法 (Acid circulation formation system for tightly-assembled battery and formation method using same ) 是由 胡曙 高根芳 方明学 汤序锋 代飞 姚秋实 张涛 沈哲诚 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种紧装配电池酸循环化成系统及利用该系统的化成方法,属于蓄电池技术领域。所述系统包括进酸储存罐和出酸储存罐,进酸储存罐和出酸储存罐分别通过进酸管路和出酸管路与若干个紧装配电池连通,出酸储存罐连接负压装置,紧装配电池包括一侧开口的电池槽和与电池槽开口端密封配合的电池盖,电池槽槽底和池盖上分别设置与电池单格对应的进酸口和出酸口,电池单格内紧装配有极群,极群的正反面及下侧面紧抵单格,其余侧面与单格之间留有供酸液流通的空隙。极群与单格之间的空隙作为电解液交换通道,负压装置给予系统负压,酸液单向流动,进酸口与出酸口配合实现换酸,化成过程中可随时暂停化成程序进行换酸,提高了化成效率。(The invention discloses a tightly-assembled battery acid circulation formation system and a formation method using the same, and belongs to the technical field of storage batteries. The system comprises an acid inlet storage tank and an acid outlet storage tank, wherein the acid inlet storage tank and the acid outlet storage tank are respectively communicated with a plurality of tightly-assembled batteries through an acid inlet pipeline and an acid outlet pipeline, the acid outlet storage tank is connected with a negative pressure device, the tightly-assembled batteries comprise a battery jar with one side open and a battery cover in sealing fit with the open end of the battery jar, the bottom of the battery jar bottom and the battery cover are respectively provided with an acid inlet and an acid outlet corresponding to a battery cell, a pole group is tightly assembled in the battery cell, the front side, the back side and the lower side of the pole group tightly support the cell, and a gap for acid liquor circulation is reserved between the rest sides and the cell. The gap between the electrode group and the single lattice is used as an electrolyte exchange channel, the negative pressure device gives negative pressure to the system, the acid liquor flows in a single direction, the acid inlet is matched with the acid outlet to realize acid exchange, the formation procedure can be paused at any time in the formation process to exchange acid, and the formation efficiency is improved.)

一种紧装配电池酸循环化成系统及利用该系统的化成方法

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，具体涉及一种紧装配电池酸循环化成系统及利用该系统的化成方法。

背景技术

在化成的过程中，主要存在电解液和热量与外界的交换平衡。在加酸后的化成前期，极板中的氧化铅等与加入的硫酸反应，产生大量的热，硫酸浓度下降，随着时间的推移，热量向外界释放，电解液温度逐渐降低。由于充电为放热反应，放电为吸热反应，在化成过程中，电解液的温度有时上升、有时下降，但化成过程中充入的电量多，且一直存在电流的热效应，极群及电解液的体系整体往外界散热。电解液随热量散失到外界，尤其在化成后期，电解液中的水被电解成氢气和氧气向外界逸出，电解液量减少。随着化成电化学反应的进行，极板中释放出硫酸，硫酸浓度上升。

在富液式电池中，由于极板、隔板间有较大的间隙，化成时电解液可以在电池内来回流动。现有的蓄电池酸循环内化成系统主要是将循环槽中的酸液经过导管等引入电池内部，再通过导管等进入回酸槽中，最后再回到循环槽内，完成酸液循环过程，该过程中可将电池内化成过程产生的热量和氢气带走。

而对于紧装配的阀控电池，电解液处于贫液状态，极群的前后左右和下部均与电池槽紧密接触，电解液吸附在极板和隔板内，电池内可流动的电解液很少，即使在化成时的富液环境时，也只有极群上部能与外界进行物质交换，电解液的交换率很低，因此，现有富液式电池的酸循环内化成系统不适用于紧装配阀控电池。

另外，由于电解液是优良的离子导体，现有富液电池的酸循环化成系统中，电解液从同一位置流出，最终在另一个相同位置汇合，相当于同一回路的不同电池、不同单格间被电解液连接短路，从而产生漏电电流，化成效率较低。即使化成时产生的气泡可以部分隔断电流，减少漏电电流，但仍不能完全杜绝。漏电电流产生的电火花甚至有引燃化成过程中水分解产生的氢气的可能性，存在***和起火的风险。

现有紧装配的AGM电池在化成时，为了确保成品电池中的酸量，需要给电池中加入较高密度(如1.26g/cm³)的硫酸溶液来进行化成，由于电池在化成过程中会产生大量的热量，且电池中酸液少，需要在电池外部使用循环水来进行冷却降温。为了保持电池的一致性，通常采用定量加酸、化成后期抽酸的方法来进行电池化成，对设备的要求较高。

因此，开发一种适用于紧装配电池的酸循环化成系统，使用循环流动的电解液来进行化成，使电池内电解液与外界有足够的交换量，可解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧装配电池使用的酸循环化成系统，实现电池在内化成过程中，电池内电解液与外界有足够的交换量，以解决现有紧装配的AGM电池在化成时需要定量加酸、化成效率低、发热量大、电池外部需要循环水冷却等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种紧装配电池酸循环化成系统，包括进酸储存罐和出酸储存罐，进酸储存罐和出酸储存罐分别通过进酸管路和出酸管路与若干个紧装配电池连通，所述出酸储存罐连接负压装置，所述紧装配电池包括一侧开口的电池槽和与电池槽开口端密封配合的电池盖，所述电池槽内部由隔板分隔成若干单格，相对于开口端的槽底设置有与所述单格一一对应的进酸口，所述进酸口与进酸管路连通，所述电池盖上设置有与所述单格一一对应的出酸口，所述出酸口与出酸管路连通；化成时，电池槽的开口端为侧面放置，所述单格内紧装配有极群，所述极群的正反面及下侧面紧抵单格，其余侧面与单格之间留有供酸液流通的空隙。

本发明通过改进紧装配电池的电池壳结构，在极群与壳体之间预留空间作为电解液流通交换的通道，使其具备换酸的可行性。

所述的极群正反面是指极板所在的平面。化成时，极群侧向水平放置，即具有汇流排的一侧对应电池槽的槽底或是电池盖，极群的前后侧面和下侧面与单格紧密接触，在电池槽和极板、隔板的共同作用下紧装配，极群的左右侧面和上侧面均有空隙作为电解液交换的通道。

作为优选，所述极群的正、负极汇流排分别设于极群的对角位置，所述电池盖和电池槽槽底设有与汇流排配合的限位槽。限位槽对极群的左右侧定位，防止极群发生左右移动。

作为优选，每个单格对应的进酸口高度高于出酸口，并保持相同的高度差。进酸时，酸液从高处流向低处，化成时，产生的气体从进酸口溢出。

作为优选，所述进酸管路的管径大于出酸管路的管径，避免出现因负压突变而出现抽酸过量的情况。

所述酸循环化成系统还包括加酸壶，所述加酸壶包括若干个与所述单格对应设置的单体壶组成的壶体和与壶体密封配合的盖体，所述单体壶具有与进酸口配合的加酸嘴，所述盖体上设有与每个单体壶对应的注酸孔，所述注酸孔与进酸管路连通，每个单体壶注酸孔的高度高于相应的单格且保持相同的高度差。

所述加酸嘴与注酸孔对应设置，电解液在负压装置给予的负压作用下即可充满电池，加酸壶的注酸孔的位置决定电池内液面高度，本发明中设置单体壶注酸孔的高度与相应电池单格保持一定高度，不管电池处于哪个高度位置，都可以保证每个单格内的酸液量一致。这样可以充分利用空间，制作多层的充电架，电池同一时间开始加酸、同一时间加满酸，电池内的发热均匀，避免现有技术中存在的电池因加酸时间不同，但同一时间开始化成造成的热量差异大的问题。

作为优选，所述盖体上设有与每个单体壶对应的排气孔，且位于注酸孔的上方，所述排气孔上设有可向外侧单向翻动的挡片。

所述挡片与排气孔之间由销轴连接，挡片可绕销轴翻动。当单体壶内部存在负压时，挡片受大气压的压力作用抵紧排气孔，保证酸壶内部的气密性，在系统负压作用下，酸液单向流动；电池在化成过程中产生的气体，每累积到一定压力时，即可通过排气孔向外顶开挡片，向外界排气，避免发生因气压过高导致***的危险。另外，由于排气孔的位置高于注酸孔，即使产生的气体导致酸壶内液面升高，电解液也不会向外泄漏。

作为优选，所述加酸嘴上插设有排气插片，排气插片起到分隔加酸孔道的作用，电池在化成时会产生气体，孔道被分隔后，一侧作为气体排出通道，另一侧作为酸液进入电池的通道，电池内保持不变压力，以便气体及时排出。

所述加酸嘴的***套设有与电池单格进酸口配合的橡胶接头，保证两者连接的紧密性。

作为优选，所述加酸壶设有用于支撑壶体保持加酸嘴与紧装配电池进酸口齐平的支撑座。

作为优选，所述进酸管路和出酸管路上分别设置有开关阀门。当关闭开关阀门后，每个单体电池与外界无离子导电通道存在。化成时，电池单格间不会产生因酸液联通而导致的短路，无漏电电流产生，有效解决现有酸循环化成过程中的短路漏电问题。

作为优选，所述进酸管路和出酸管路采用弹性软管，所述开关阀门由可相对移动的压座和压条组成，弹性软管穿设于压座和压条之间，所述压条由气缸驱动其往返移动以压迫或复原弹性软管，进而控制酸液的阻断或流通。

作为优选，所述进酸管路上设有连接外界空气的排空阀门。当化成结束后，打开排空阀门，进酸管路接通外界空气，开启负压装置，在负压作用下，电池内部的游离酸液被抽出，实现抽酸。

作为优选，所述出酸储存罐与进酸储存罐之间设有驱动将酸液泵回进酸储存罐的酸液泵。当出酸储存罐中的酸液达到一定高度时，打开酸液泵抽取酸液，酸液经过滤除杂后，转入进酸储存罐中，重新进行电解液配置。

本发明还提供了一种利用所述紧装配电池酸循环化成系统进行紧装配电池内化成的方法，包括：

(1)加酸：打开负压装置，在负压作用下酸液通过进酸管路从进酸储存罐流入紧装配电池，加满酸后，依次关闭负压装置、出酸管路和进酸管路；

(2)化成：将紧装配电池与化成回路连接，按照设定程序进行化成；

(3)换酸：暂停化成，依次打开进酸管路、出酸管路和负压装置，进行换酸，换酸完毕，再依次关闭负压装置、出酸管路和进酸管路；

(4)继续化成；

(5)重复步骤(3)-(4)若干次；

(6)化成结束后，抽酸，将紧装配电池从酸循环化成系统中分离，再在进酸口和出酸口安装安全阀，完成组装，即得电池成品。

步骤(1)中，电解液在负压作用下充满电池，再依次关闭出酸管路和进酸管路，每个单体电池与外界无离子导电通道存在，避免化成时出现短路漏电。

步骤(2)中，电池在加酸一段时间后，用充电夹和线路将电池连接成化成回路，按照设定化成程序对电池进行化成。化成工艺可采用现有化成工艺。

步骤(3)-(4)中，内化成进行一段时间后，电池内部温度升高，需要换酸。先暂停化成程序，此时电池及进、出酸管道体系中无电流通过，依次打开进酸管路、出酸管路和负压装置，进行换酸。换酸可以降低电池内部温度，交换电池内电解液的密度。用于交换的电解液的密度和温度，由人工在进酸储存罐内预先调节。换酸完毕，恢复化成程序继续化成。

重复上述步骤，经过多次换酸，可控制电池内部电解液的密度和温度，提高化成效率。

步骤(6)中，当化成结束后，先停止化成程序，再打开出酸管路、进酸管路，进酸管路连通外界空气，开启负压装置，在负压作用下，抽出电池内大部分游离酸。然后移除电池上连接的管路和线路，倒出余酸，按照常规方法盖好安全阀、清洗、打盖片等工序即完成电池组装。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明对紧装配电池的电池壳结构进行改进，单格内极群为侧向水平设置，极群正反面和下侧面与单格紧密接触，其他侧面与单格之间具有一定间隙，作为电解液交换通道。

电池槽槽底和电池盖上对应每个单格均设置安全阀，加酸时分别作为进酸口和出酸口，配合可实现换酸。

(2)负压装置给予系统负压，实现酸液单向流动，加酸壶的注酸孔的高度与相应电池单格保持一定高度，保证每个单格加酸一致，无需定量加酸，可减少原加酸工序的设备、场地和人工，而且电池可多层码放，充分利用空间，缩小化成场地。

(3)进酸管路和出酸管路均设置开关阀门，加酸或换酸时打开开关阀门，化成时关闭，避免发生因单体电池间电解液联通导致短路漏电。

(4)本发明提供的酸循环化成系统在化成过程中可暂停化成程序进行换酸，操作简单，可通过远程自动化控制管路的开闭，换酸时间短，效率高。由于可以随时更换电解液，降低电池内的温度，可以提高化成充电电流，缩短化成时间；另外，在化成的不同阶段可使用不同密度的电解液，提高化成效率，进一步缩短化成时间。

通过换酸可迅速排出电池内热量，因此电池外无须循环冷却水，减少了设备投入和操作难度。

附图说明

图1为本发明紧装配电池酸循环化成系统的示意图，图中箭头表示酸液流经方向。

图2为系统中紧装配电池与加酸壶配合的结构示意图。

图3为紧装配电池与加酸壶配合的剖面示意图，图中实心箭头表示酸液流经方向，空心箭头表示气体排出方向。

图4为加酸壶的结构示意图。

图5为加酸壶的剖面示意图。

图6为开关阀门的结构示意图，其中(A)为开关阀门开启状态，(B)为开关阀门关闭状态。

图中标识分别代表：1、进酸储存罐，2、出酸储存罐，3、紧装配电池，31、电池槽，311、进酸口，32、电池盖，321、出酸口，33、极群，4、负压装置，5、加酸壶，51、单体壶，511、加酸嘴，52、盖体，521、注酸孔，522、排气孔，523、挡片，53、排气插片，54、橡胶接头，55、支撑座，61、进酸总管，611、排空阀门，612、进酸控制阀，62、进酸分支软管，63、第一开关阀门，631、压座，632、压条，633、气缸，71、出酸总管，72、出酸分支软管，73、第二开关阀门，8、回酸管路，9、酸液泵，81、出酸控制阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明保护范围并不局限于此。

如图1-5所示，本实施例提供了一种紧装配电池酸循环化成系统，包括进酸储存罐1和出酸储存罐2，进酸储存罐1和出酸储存罐2分别通过进酸管路和出酸管路与若干个紧装配电池3连通，出酸储存罐2连接负压装置4，当负压装置4开启，在负压作用下，进酸储存罐1内的电解液通过管路流进紧装配电池3内部。

紧装配电池3包括一侧开口的电池槽31和与电池槽开口端密封配合的电池盖32，电池槽31内部由隔板分隔成若干单格，相对于开口端的槽底设置有与所述单格一一对应的进酸口311，电池盖32上设置有与所述单格一一对应的出酸口321，化成时，电池槽的开口端为侧面放置，即进酸口311与出酸口321为左右侧设置，每个单格对应的进酸口311高于出酸口321，并保持相同的高度差，进酸时，酸液从高处流向低处。

所述单格内紧装配有极群33，极群33为侧向水平放置，即具有汇流排的两侧分别对应电池槽31的槽底或是电池盖32，极群33的正反面(即极板所在平面)及下侧面紧抵单格，其余侧面与单格之间留有供酸液流通的空隙。极群33的左右侧面和上侧面与壳体之间预留空间作为电解液流通交换的通道，使其具备换酸的可行性。

具体地，极群33的正、负极汇流排分别设于极群的对角位置，电池盖32和电池槽31槽底设有与汇流排配合的限位槽，限位槽对极群33的左右侧定位，防止极群33发生左右移动。且极群33的正反面与壳体紧装配，下侧面紧贴壳体，极群在电池内不会移动。

紧装配电池3的进酸端设有加酸壶5，加酸壶5包括若干个与所述单格对应设置的单体壶51组成的壶体和与壶体密封配合的盖体52，单体壶51具有与进酸口311配合的加酸嘴511，盖体52上设有与每个单体壶51对应的注酸孔521，加酸嘴511与注酸孔521左右对应设置，注酸孔521与进酸管路连通，每个单体壶注酸孔521的高度高于相应的单格且保持相同的高度差。

电解液在负压装置给予的负压作用下即可充满电池，加酸壶5的注酸孔521的位置决定电池内液面高度，注酸孔521的设置高度与相应电池单格保持一定高度，不管电池处于哪个高度位置，都可以保证每个单格内的酸液量一致。这样可以充分利用空间，制作多层的充电架，电池同一时间开始加酸、同一时间加满酸，电池内的发热均匀，避免现有技术中存在的电池因加酸时间不同，但同一时间开始化成造成的热量差异大的问题。

盖体52上设有与每个单体壶51对应的排气孔522，且位于注酸孔521的上方，排气孔522上设有可向外侧单向翻动的挡片523，挡片523与排气孔522之间由销轴连接，挡片523可绕销轴翻动，当单体壶51内部存在负压时，挡片523受大气压的压力作用抵紧排气孔522，保证酸壶内部的气密性，与系统负压配合起到单向阀作用。

电池在化成过程中产生气体，每累积到一定压力时，即可通过排气孔522向外顶开挡片523，向外界排气，避免发生因气压过高导致***的危险。由于排气孔522的位置高于注酸孔521，即使产生的气体导致酸壶内液面升高，电解液也不会向外泄漏。

加酸嘴511的孔道内插设有排气插片53，由于电池在化成时会产生气体，孔道被排气插片53分隔后，一侧作为气体排出通道，另一侧作为酸液进入电池的通道，电池内保持不变压力，以便气体及时排出。

加酸嘴511的***套设有与电池单格进酸口311配合的橡胶接头54，保证两者连接的紧密性。

加酸壶5还设有用于支撑壶体保持加酸嘴511与紧装配电池进酸口311齐平的支撑座55。

所述进酸管路分为进酸总管61和若干组进酸分支软管62，进酸总管61的进酸端连接进酸储存罐1底部，出酸端连接各进酸分支软管62，每组的进酸分支软管的出酸端分别连接每个紧装配电池相应的加酸壶注酸孔521，每组进酸分支软管设置一个第一开关阀门63。所述出酸管路分为出酸总管71和若干组出酸分支软管72，每组的出酸分支软管72的进酸端分别连接每个紧装配电池相应的出酸口321，出酸端连接出酸总管71，出酸总管71的出酸端连接出酸储存罐2，每组出酸分支软管72设置一个第二开关阀门73。进酸分支软管62和出酸分支软管72采用耐酸橡胶材质。进酸管路的管径均大于出酸管路管径。

第一开关阀门63和第二开关阀门73均由可相对移动的压座631和压条632组成，弹性分支软管穿设于压座631和压条632之间，压条632由气缸633驱动其往返移动以压迫或复原弹性软管，进而控制酸液的阻断或流通，如图6所示。第一开关阀门63和第二开关阀门73同时关闭后，每个单体电池与外界无离子导电通道存在，化成时，电池单格间不会产生因酸液联通而导致的短路，无漏电电流产生，有效解决现有酸循环化成过程中的短路漏电问题。当化成程序停止时，开关阀门才打开，此时回路中无电流，不会产生短路漏电。

进酸总管61上设有连接外界空气的排空阀门611，进酸总管61的进酸端设置进酸控制阀612。当化成结束后，关闭进酸控制阀612，打开排空阀门611，进酸管路接通外界空气，开启负压装置4，在负压作用下，电池内部的游离酸液被抽出，实现抽酸。

出酸储存罐2与进酸储存罐1之间设有回酸管路8，回酸管路8的进液端连接出酸储存罐2，出液端连接进酸储存罐1，回酸管路8上设置驱动将酸液泵回进酸储存罐1的酸液泵9。回酸管路8的进酸端设有出酸控制阀81，当出酸储存罐2中的酸液达到一定高度时，打开出酸控制阀81，开启酸液泵9抽取酸液，酸液经过滤除杂后，转入进酸储存罐1中，重新进行电解液配置。

基于上述紧装配电池酸循环化成系统，本实施例提供了一种酸循环化成方法，包括以下步骤：

(1)将紧装配电池3与加酸壶5、进酸管路和出酸管路连接。打开进酸控制阀612、第一开关阀门63和第二开关阀门73，开启负压装置4，在负压作用下酸液通过进酸管路从进酸储存罐1流入紧装配电池3内部，实现加酸。

加满酸后，先关闭负压装置4，停止抽负压，节约能量，再依次关闭第二开关阀门73和第一开关阀门63，电池单格间不会产生由酸液联通而导致的短路。

(2)电池在加酸一段时间后，用充电夹和线路将电池连接成化成回路，按照设定化成程序对电池进行化成。化成工艺可采用现有化成工艺。

(3)每当需要换酸前，先暂停化成程序，再打开进酸控制阀612、第一开关阀门63和第二开关阀门73，开启负压装置4，即可进行换酸。换酸可以降低电池内电池液的温度，交换电池内电解液的密度。进酸电解液的密度和温度，可由人工在进酸储存罐1内先调节好。经过多次换酸，即可提高化成的效率，控制电解液的温度。

换酸完毕，停止抽负压，依次关闭第二开关阀门73、第一开关阀门63和进酸控制阀612，恢复化成程序，即可继续化成。

当出酸储存桶2中储存的电解液达到一定高度时，即可打开出酸控制阀81，开启酸液泵9即可抽出电解液。电解液静置过滤、除杂后，即可转入进酸储存桶1中来配置电解液。

(4)当化成结束后，先停止化成程序，再打开第二开关阀门73、第一开关阀门63和排空阀门611，开启负压装置4，即可抽出电池内的大部分游离酸。然后停止抽负压，关闭第二开关阀门73、第一开关阀门63和排空阀门611。移除电池间充电夹、酸管和加酸壶，将电池斜向倒置一段时间，即可倒出电池内的余酸。

电池化成完毕后，按常规方法盖好安全阀、清洗、打盖片等即完成电池组装。

本实施例提供的紧装配电池壳单格与极群之间预留空间，电池壳槽底与电池盖上分别设置对应单格的加酸口和出酸口，为换酸提供可行性。化成过程中可暂停化成程序进行换酸，操作简单，可通过远程自动化控制管路的开闭，换酸时间短，效率高。由于可以随时更换电解液，降低电池内的温度，可以增加化成充电电流，缩短化成时间；另外，在化成的不同阶段可使用不同密度的电解液，提高了化成效率，进一步缩短化成时间。

换出的电解液可迅速排出电池内热量，电池外无须循环冷却水，无须设置冷却水槽，减少了设备投入和操作难度。

电池可在充电架上多层码放，充分利用空间，缩小化成场地。