Спосіб батарейного формування з повітряним або водяним охолодженням свинцево-кислотних акумуляторних батарей

Спосіб батарейного формування з повітряним або водяним охолодженням свинцево-кислотних акумуляторних батарей, що складається з заливання електроліту, відстоювання і підведення формуючого струму, який відрізняється тим, що до заливання електроліту у процес формування введено додаткову операцію, під час якої на термін від 5 до ЗО хвилин в батареї заливають дистильовану або демшералізовану воду, яку після відстоювання зливають, а батареї заповнюють електролітом Винахід відноситься до електротехніки, тієї й частини, що належить до ХІМІЧНИХ джерел струму, зокрема, до способів батарейного формування свинцево-кислотних акумуляторних батарей Для виробництва свинцево-кислотних акумуляторних батарей, залитих електролітом і готових до використання, застосовують як бакове, так і батарейне формування Економічно ДОЦІЛЬНИМ вважається батарейне формування, де спочатку збирають акумуляторні батареї, заливають їх електролітом, а потім формують електроди Таким чином, на відміну від бакового формування, з технологічного циклу вилучається низка трудомістких операцій, таких як розміщення електродів у баках, пайка контактів, демонтування, промивання і сушіння електродів Як при баковому, так і при батарейному формуванні температура електроліту на протязі усього процесу формування не повинна перевищувати 50-60°С Але після заливання у батареї розчину сірчаної кислоти температура різко підвищується до критичної позначки, що обумовлює наявність у більшості технологічних процесів досить тривалої стадії відстоювання, під час якого відбувається охолодження батарей Просте зменшення терміну відстоювання призводить до необхідності або проводити формування струмом малої сили, або періодично зупиняти процес формування для охолодження батарей, що значно подовжує увесь процес формування Відомо про спосіб формування герметичного свинцевого акумулятора (заявка Японії № 5121069, МКП5 Н 01 М 4/22), в якому під час формування зарядний струм періодично вмикають і вимикають на невеликий час Це дозволяє зменшити виділення тепла і підвищити початкову ємність Недоліками такого способу є різке підвищення температури електроліту зразу після заливання його у акумуляторні батареї, тривалий термін відстоювання і неповнота використання у процесі роботи активної маси електродів Відомо також про спосіб формування електродів свинцевого акумулятора (Способ формирования свинцового аккумулятора А с СРСР № 805883, МКП Н 01 М 4/04) шляхом вимочування електродів у електроліті і наступного пропускання електричного струму прямої полярності Під час вимочування через електроліт впродовж 2-10 хв пропускають струм зворотного напрямку Недоліками такого способу також є різке підвищення температури електроліту зразу після заливання його у акумуляторні батареї, тривалий термін відстоювання і неповнота використання у процесі роботи активної маси електродів Відомо про спосіб формування і заряду свинцевих акумуляторних батарей різних типів [Пат США 4604564 МКП Н 02 7/00, Р 01 М 10/50] Батареї заливають електролітом, збирають у групи і занурюють у резервуари, наповнені рідиною для охолодження Заряд і формування проводять великим струмом за короткий термін часу За раху (О 49476 нок поліпшення відведення тепла ризик підвищення температури за межі припустимого (55°С) стає малоймовірним, тому можливе проведення заряду і формування великим струмом за короткий термін часу Однак сам процес не є оптимізованим і має низку недоліків, таких як і попередніх аналогів різке підвищення температури електроліту зразу після заливання його у акумуляторні батареї, тривалий термін відстоювання і неповнота використання активної маси електродів Найбільш близьким технічним рішенням, яке вибрано в якості прототипу, є спосіб заряду автомобільної свинцевої акумуляторної батареї в процесі її виготовлення [Заявка 63-13263 Японія МКВ Н 01 М 4/22] Незаряджену акумуляторну батарею заповнюють водним розчином сірчаної кислоти, що має ЩІЛЬНІСТЬ 1,10г/см3, відстоюють протягом 4 годин Потім ІІ заряджають постійним струмом, пропускаючи через батарею заряд, що дорівнює ПОДВІЙНІЙ теоретичній ємності позитивної пластини акумуляторної батареї Після завершення заряду електроліт видаляють і заповнюють акумуляторну батарею розчином сірчаної кислоти, забезпечуючи кінцеву ЩІЛЬНІСТЬ електроліту, що дорівнює 1,28г/см3 Зазначений спосіб заряду зручний для використання на автоматизованих ЛІНІЯХ І ДОЗВО ЛЯЄ ПОМІТНО знизити вартість операції при масовому виробництві акумуляторних батарей Однак, як і в попередніх прикладах, спостерігається різке підвищення температури електроліту зразу після заливання його у акумуляторні батареї Батареї потребують тривалого терміну відстоювання до подачі струму, а активна речовина електродів використовується також неповністю Причиною, що заважає уникнути цих недоліків, є те, що в загальноприйнятому способі формування акумуляторних батарей не враховуються фізиКО-ХІМІЧНІ процеси, які відбуваються в активній масі електродів Під час заливання акумуляторних батарей розчином сірчаної кислоти відбувається перетворення оксиду свинцю (РЬО) у сульфат свинцю PbSO4 Сульфат свинцю є пдратованим і містить від однієї до чотирьох молекул води За об'ємом сульфат свинцю значно більше ніж оксид Перетворення оксиду на сульфат свинцю спочатку протікає дуже активно, але згодом уповільнюється і для остаточного проходження процесу потрібен досить довгий час Це обумовлено тим, що спочатку процес перетворення РЬО у PbSO4 відбувається на поверхні зернин активного матеріалу, що забезпечує швидке проходження процесу Далі на поверхні зернин утворюється щільна оболонка з пдратованого сульфату свинцю, яка перешкоджає, подальшому проникненню сірчаної кислоти у глибину зернин активного матеріалу, насамперед тому, що у порах зернин відсутня достатня КІЛЬКІСТЬ води Описане явище виявляється тим яскравіше, чим щільніше електроліт, що заливається в акумуляторні батареї Менш ЩІЛЬНІ електроліти утворюють на поверхні зернин активного матеріалу менш потужні бар'єрні шари сульфату свинцю, і тому спочатку про цес протікає повільніше Однак подальше просування процесу в глибину зернин має менший опір, і кінцевий результат досягається раніше В основу запропонованого винаходу поставлена задача удосконалення способу батарейного формування акумуляторних батарей, в якому внаслідок застосування додаткової технологічної операції забезпечується оптимальний режим перетворення оксиду у сульфат свинцю під час заливання батарей розчином сірчаної кислоти За рахунок цього досягається зменшення тривалості стадії відстоювання батарей та підвищується ступінь використання активної речовини електродів, що суттєво зменшує тривалість процесу формування акумуляторних батарей і значно покращує їхні стартери і характеристики під час експлуатації Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі батарейного формування свинцевих акумуляторних батарей перед заливанням розчину сірчаної кислоти, згідно винаходу, введено додаткову технологічну операцію, що передбачає заливання в акумуляторні батареї на термін до 5-30 хвилин дистильованої або демінералізованої води Потім воду видаляють і заливають електроліт ЩІЛЬНІСТЮ 1,28г/см3 Подальше відстоювання не перевищує 0,5 години, а програма подачі струму може бути або розрахована на прискорене формування з водяним охолодженням згідно Патенту України № 40509А [МПК7 Н 01 М 4/22], або має стандартний режим, за яким формування здійснюється протягом 44 - 48 год , при водяному або повітряному охолодженні Якщо тривалість додаткового технологічної операції складає 5 - 20 хв то забезпечується повне насичення водою пор зернин активного матеріалу, що сприяє, під час подальшого заливання сірчаної кислоти, швидкому проходженню процесу перетворення РЬО у PbSO4 знижується, порівняно зі звичайним батарейним формуванням, температура до якої нагріваються акумуляторні батареї після заливання електроліту Зменшується термін потрібний для відстоювання батарей до підведення струму, а також підвищується ступінь використання активної речовини, що призводить до підвищення ємності батарей Під час відстоювання у воді може додатково використовуватися вакуумування батарей, що також сприяє швидкому насиченню водою зернин активної речовини і видаленню газів, які закупорюють дрібні пори Якщо тривалість додаткової технологічної операції менша за 5 хвилин, повне насичення зернин активного матеріалу водою не забезпечується, тому спосіб набуває недоліків прототипу, а якщо тривалість додаткової технологічної операції перевищує ЗО хвилин, це приводить до необгрунтованного затягування процесу формування За наявними у авторів відомостями, суттєві ознаки, що пропонуються й характеризують сутність винаходу, невідомі з рівня техніки, а отже, винахід відповідає критерію "новизна" Сутність винаходу, що заявляється, не витікає для фахівця явним чином із відомого рівня техніки Сукупність ознак, що характеризують відомий спосіб, не забезпечує нових властивостей, і тільки 49476 наявність ВІДМІННИХ ознак дозволяє отримати новий технічний результат Отже, спосіб, що пропонується, відповідає критерію "винахідницький рівень" Технічне рішення, що пропонується, може бути використане на підприємствах електротехнічної промисловості, зокрема, на заходах з виробництва свинцево-кислотних акумуляторних батарей Критерій "промислове застосування" підтверджується простотою процесу й можливістю використання для його впровадження існуючого устаткування виробничих ділянок батарейного формування Спосіб формування, що заявляється, здійснюється наступним чином Акумуляторні батареї заливають на термін від 5 до ЗО хвилин дистильованою, або демшералізованою водою (доцільне одночасне вакуумування батарей) Потім воду видаляють і заливають електроліт ЩІЛЬНІСТЮ 1,28 - 1,29г/см3 Подальше відстоювання складає ЗО хвилин, після чого на батареї подають формуючий струм, програма подачі якого може бути розрахована або на прискорене формування протягом 12 - 18 з водяним охолодженням, або може бути звичайною, що забезпечує формування протягом 44 - 48 год з водяним або повітряним охолодженням батарей Сформовані таким способом батареї мають підвищену ємність, а процес формування скорочується на 2 - 3 години Приклад 1 Акумуляторні батареї 6СТ-55Азж заливали електролітом і розміщували у ванни, які заповнювали водою Після відстоювання протягом чотирьох годин акумуляторні батареї збирали послідовно в ланцюг та подавали струм Перший етап складався із семи ступенів Перші п'ять ступенів з постійним струмом силою ВІДПОВІДНО 1, 3, 5, 7, 9А мали тривалість 10 хвилин, шостий і сьомий з імпульсним струмом силою ВІДПОВІДНО 12 і 18А мали тривалість 14 хвилин Далі, на другому етапі батареї формували переривчастим струмом силою 25А (0,46Сн) протягом 2 годин 4 хвилин Потім на третьому етапі силу струму ступінчасте зменшували від 25 до 8А (0,15Сн) Третій етап складався з трьох ступенів, сила імпульсного струму на яких ВІДПОВІДНО становила 22, 18 і 12А Тривалість кожного ступеня становила ЗО хвилин На останньому четвертому етапі батареї формували постійним струмом силою 8А протягом 8 годин Загальна тривалість процесу формування становила 17 годин Сформовані таким чином 24 батареї витримали є кс прес контроль і частина з них була відібрана для лабораторних випробувань Результати лабораторних випробувань подано у таблиці Таблиця Результати лабораторних випробувань акумуляторних батарей, сформованих за наведеними прикладами 1 2 3 4 Номер батареї 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 перший другий третій 54,5 53,8 54,1 58,3 56,7 57,4 55,5 54,8 54,9 56,4 57,8 59,3 56,2 55,8 54,9 59,9 58,3 59,6 56,9 55,4 56,0 58,6 59,3 59,7 55,7 55,5 56,1 60,1 58,7 59,8 58,1 54,3 57,2 59,2 59,9 58,9 Приклад 2 Акумуляторні батареї 6СТ-55Азж спочатку на 15 хвилин заливали дистильованою водою, потім дистильовану воду зливали і заповнювали батареї електролітом ЩІЛЬНІСТЮ 1,28г/см3 Батареї розміщували у ванні які заливали водою І після відстоювання протягом ЗО хвилин збирали послідовно в ланцюг та подавали формуючий струм Програма підведення струму повністю співпадала з програмою, що використовувалась при формуванні за першим прикладом Загальна тривалість процесу формування становила 13 годин 45 хвилин Ре Загальна тривалість Тривалість відстоюпроцесу формуванвання у воді, хв ня, год со со соел ел ел Приклад Ємність, А г Номер розряду 60 60 60 17 17 17 13,75 13,75 13,75 13,50 13,50 13,50 14,50 14,50 14,50 зультати лабораторних випробувань частини сформованих таким чином батарей подано у таблиці Приклад З Всі операції і програма підведення струму були такими самими, як і у другому прикладі, лише тривалість відстоювання у дистильованій воді була зменшена з 15 до 3 хвилин Загальна тривалість процесу формування становила 13 годин 33 хвилини Результати лабораторних випробувань, як і для попередніх прикладів, подано утаблиці Приклад 4 На відміну від другого і третього прикладів, відстоювання у дистильованій воді проводили 49476 протягом однієї години, а всі подальші операції повністю повторювались Тривалість усього процесу формування становила 14 годин ЗО хвилин Результати лабораторних випробувань також подані утаблиці Таким чином, вищенаведені приклади свідчать про те, що введення в процес формування додаткової технологічної операції заливання в акумуляторні батареї на термін від 5 до ЗО хвилин дистильованої або демшералізованої води дозволяє оптимізувати режим перетворення оксиду у сульфат свинцю під час заливання батарей розчином сірчаної кислоти Завдяки цьому досягається зменшення тривалості стадії відстоювання батарей та підвищується ступінь використання активної речовини електродів , що призводить до підвищення ємності акумуляторних батарей у середньому на шість ВІДСОТКІВ, тривалість усього процесу формування скорочується натри години ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71