關(guān)海波，劉孟峰

(中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所，天津300384)

鋅銀貯備電池短時加載活化延壽研究

關(guān)海波，劉孟峰

(中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所，天津300384)

采用在鋅銀貯備電池內(nèi)連接限流電阻器(和時間繼電器)進(jìn)行短時加載活化的方法，對貯存后的鋅銀貯備電池性能進(jìn)行了研究。通過對干貯存14年5278電池組進(jìn)行性能實驗，結(jié)果表明，使用TRY型限流電阻和時間繼電器連在正負(fù)極之間可以有效地改善鋅銀貯備電池的工作性能。

鋅銀貯備電池；短時加載活化；延壽

鋅銀貯備電池具有比能量高，比功率大，可大電流放電，放電電壓平穩(wěn)，電壓精度高，可靠性、安全性好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種武器裝備和民用設(shè)備中[1]。但鋅銀電池在干貯存期間會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的老化，尤其是極板性能的下降，會出現(xiàn)失去容量、電壓降低等現(xiàn)象。國內(nèi)外對長貯存壽命鋅銀貯備電池新型結(jié)構(gòu)研究相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)甚少，僅許學(xué)春[2]、王永昌[3]、孔祥蕊[4]等人進(jìn)行過有限的研究。

孔祥蕊對鋅-銀電池組進(jìn)行改裝，在正負(fù)極之間并聯(lián)一個熔斷器，當(dāng)電池組被激活時，大電流把熔斷器熔斷，這將大大改善電池組的性能。但是其考慮的重點是在武器裝備和民用設(shè)備上安裝強(qiáng)電用的體積較大的熔斷器，而非對電池本身進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。在電池有限的體積和質(zhì)量要求下，基本可以排除使用強(qiáng)電用熔斷器的可能性。因此，可在電池內(nèi)連接限流電阻器(和時間繼電器)進(jìn)行加載前短時加載活化，以改善長時間貯存后鋅銀貯備電池的工作性能，為研制具有14年及以上的貯存能力的鋅銀貯備電池提供了技術(shù)貯備。

1 實驗

1.1 實驗件和實驗裝置

1.1.1 實驗電池

實驗極板組：中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所生產(chǎn)的干貯存14年的5278電池組解剖后取出的極板組。5278電池組是由20個極板組串聯(lián)而成；而每個極板組由6片正極和7片負(fù)極組成，均為面積24.8 cm2的矩形極板。

輔助電池：中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所生產(chǎn)的19XYG18鋅銀蓄電池組。

電解液：1.30 d的KOH水溶液。

1.1.2 限流電阻器

四川永星電子有限公司(893廠)生產(chǎn)的三種TRY型限流電阻，詳見表1。

??????????????? ??/O ????/W ????? ????1 1 3 28 A 300 ms 28 A 5 s 2 2 3 20 A 300 ms 20 A 5 s 3 3 3 16 A 300 ms 16 A 5 s

1.1.3 時間繼電器

貴州航天電器股份有限公司(3412廠)生產(chǎn)的JSB-184M(2Ⅱ-30-∞)時間繼電器。

1.1.4 實驗裝置

主要實驗裝置包括：惠普公司的HP6050A型電子負(fù)載(60 V、120 A、600 W)，尼高力公司的Dimension型數(shù)據(jù)采集器等。

1.2 實驗方法

1.2.1 空白實驗

將干貯存14年的5278電池組解剖后取出的極板組按《5278電池組規(guī)范》[5]的要求進(jìn)行極板組的放電測試，考察項目為5278電池組的容量和激活時間。極板組放電的電路圖見圖1，本實驗放電線路中不安裝“K——時間繼電器”和“R1——熔斷電阻”。之后激活極板組，激活120 s后加載放電。

1.2.2 正負(fù)極間連接限流電阻器

按照圖1將TRY型限流電阻連在正負(fù)極之間(不安裝30 s時間繼電器)。之后激活極板組，激活60 s后加載放電。

1.2.3 使用時間繼電器控制正負(fù)極間連接限流電阻器

按照圖1將TRY型限流電阻和30 s時間繼電器連在正負(fù)極之間。之后激活極板組，激活60 s后加載放電。

圖1 極板組放電電路圖

2 結(jié)果與討論

2.1 空白實驗結(jié)果和分析

干貯存14年5278極板組正常激活后放電結(jié)果(已折合成電池電壓)見表2。

???????????????????????????/s ????/A ????/V?????/V???? 0 ? 32.32 0.6 10.16 60 23.32 120 27.66 180 25 26?31 28.11 310?310.254 ?25 26.04 360 28.01 420 30 26?31 27.22????/s 504????/Ah 3.957 27.86 180 27.53 240 27.88 300 30 26?31

從表2中可以看出，盡管將極板組的激活后加載時間延長到了2 min，但極板組加載0.6 s后的電壓仍然低于26 V的最低工作電壓的要求，而且加載后電壓的上升較慢、時間過長，電池電壓和激活時間不能滿足使用要求。

2.2 正負(fù)極間連接限流電阻器實驗結(jié)果和分析

在將TRY型限流電阻連在正負(fù)極之間(不安裝30 s時間繼電器)激活極板組后，即有電流通過限流電阻。通過限流電阻的電流最大值、平均值以及熔斷時間見表3。

從表3可以看出，熔斷時間隨著限流電阻阻值的增大而延長，容量損失隨著限流電阻阻值的增大而增大。在正負(fù)極間連接限流電阻器實驗中，1 Ω限流電阻器實驗的熔斷時間最短、容量損失最小。

???????????????????????????????? 1 O????? 2 O????? 3 O?????????/A 29.84 14.20 10.45????/A 17.38 9.28 7.45????/s 2.6 10.6 19.5????/mAh 20.8 27.4 40.4

干貯存14年5278極板組激活60 s后加載的放電結(jié)果(已折合成電池電壓)見表4。

?

從表4中可以看出，1 Ω限流電阻器和3 Ω限流電阻器兩個實驗的加載0.6 s后電壓能夠滿足26 V的最低工作電壓要求，但1 Ω限流電阻器的電壓明顯高于3 Ω限流電阻器的電壓。

因此選用1 Ω限流電阻可以有效改善電池加載瞬間電壓下降過多、上升較慢的問題，但容量損失(20.8 mAh)相比較大，而且這一方法會破壞干態(tài)電池正負(fù)極之間的絕緣電阻，因此，一般不適用于有正負(fù)極之間的絕緣電阻要求和容量冗余較小的鋅銀貯備電池。

2.3 使用時間繼電器控制正負(fù)極間連接限流電阻器實驗結(jié)果

在將TRY型限流電阻和時間繼電器連在正負(fù)極之間激活極板組約30 s后，即有電流通過限流電阻。通過限流電阻的電流最大值、平均值以及熔斷時間見表5。

?????????????????????????????????? 1 O????? 2 O????? 3 O?????????/A 29.98 14.43 10.40????/A 18.31 11.11 9.52????/s 0.8 5.2 8.4????/mAh 4.1 16.1 22.2

從表5可以看出，熔斷時間隨著限流電阻阻值的增大而延長，且相同限流電阻阻值條件下熔斷時間相較于表3均較短。容量損失隨著限流電阻阻值的增大而增大，且相同限流電阻阻值條件下容量損失相較于表3均較小。在正負(fù)極間連接限流電阻器實驗和使用時間繼電器控制正負(fù)極間連接限流電阻器實驗中，1 Ω限流電阻器實驗的熔斷時間最短、容量損失最小。

干貯存14年5278極板組激活30 s后加載活化的放電結(jié)果(已折合成電池電壓)見表6。

從表6中可以看出，1 Ω限流電阻器和2 Ω限流電阻器兩個實驗的加載0.6 s后電壓能夠滿足26 V的最低工作電壓要求，但1 Ω限流電阻器的電壓明顯高于2 Ω限流電阻器的電壓。

28.08 27.02 27.56 310?310.254 ?25 26.68 26.98 25.34 360 27.73 24.32 27.43 420 30 26?31 26.86 26.38 27.07????/s 444 384 459????/Ah 3.457 2.957 3.582 3 O????????? 0 ? 30.14 31.60 32.12 0.6 27.79 26.26 23.50 60 28.33 26.59 27.78 120 28.53 27.38 27.97 180????????????????????????????????????????/V????/s 28.62 27.80 28.10 180 28.31 27.31 27.61 240 28.20 27.25 27.64 300????/A 2 O?????????/V 1 O?????25 26?31 30 26?31

因此，使用時間繼電器控制正負(fù)極間連接限流電阻器實驗中1 Ω限流電阻器的實驗結(jié)果最好，不僅可以有效地改善電池加載瞬間電壓下降過多、上升較慢的問題，而且這一方法不會破壞正負(fù)極之間的絕緣電阻，適用于對正負(fù)極之間的絕緣電阻有要求的鋅銀貯備電池。

3 結(jié)論

通過對電池短時加載活化進(jìn)行的實驗，結(jié)果表明，使用TRY型限流電阻和時間繼電器連在正負(fù)極之間可以有效地改善鋅銀貯備電池的工作性能。這為研制具有14年及以上的貯存能力鋅銀貯備電池提供了技術(shù)貯備。

[1]呂鳴祥，黃長保，宋玉瑾.化學(xué)電源[M].天津：天津大學(xué)出版社，1992：258-296.

[2]許學(xué)春，張明.超期銀鋅電池組貯存壽命實驗研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2008，5(3)：33-35.

[3]王永昌，原野，林梅芳.電化成干荷電鋅銀電池干貯存性能及延壽研究[R].貴州：國營梅嶺化工廠，1989：7-8.

[4]孔祥蕊.鋅-銀電池組延壽實驗[J].洪都科技，1998(2)：33-37.

[5]馬培英.Q/VE20121-1999 5278電池組規(guī)范[S].天津：信息產(chǎn)業(yè)部電子第十八研究所，1999.

Study on life-extension through short-loading activation in silver zinc reserve battery

GUAN Hai-bo,LIU Meng-feng
(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin 300384,China)

Through the short-loading activation means of using current-limiting resistor(and time-delay relay)in silver zinc reserve battery,the performance of lifetime storage silver zinc reserve battery was studied.The performance of those 14-years 5278 cells was examined.The testing results indicate that the means of using current-limiting resistor and time-delay relay are able to improve the performance of the silver zinc reserve battery.

silver zinc reserve battery;short-loading activation;storage life

TM 911

A

1002-087 X(2016)08-1627-03

2016-01-27

關(guān)海波(1980—)，男，黑龍江省人，高級工程師，主要研究方向為鋅銀貯備電池。