鉛酸動(dòng)力電池內(nèi)部裝配質(zhì)量的判定與分析

莊建 ，楊新明，邱華良，周文渭，歐陽(yáng)萬(wàn)忠

（天能電池集團(tuán)股份有限公司，浙江 長(zhǎng)興 313100）

0 引言

鉛酸動(dòng)力電池以組為單位使用在電動(dòng)車上，作為電動(dòng)車行駛的動(dòng)力源，其工作時(shí)要求組內(nèi)單體電壓一致，以獲得最佳使用壽命。由于制造差異，電池在使用時(shí)的放電時(shí)間是不一致的。生產(chǎn)企業(yè)為改善電池放電一致性，需對(duì)電池進(jìn)行配組[1-3]，要求組內(nèi)電池同放電時(shí)間下電池閉路電壓與充電靜置后電池開(kāi)路電壓相近。

將化成時(shí)同放電時(shí)間下閉路電壓相近的電池配組，會(huì)產(chǎn)生少量配不上組的電池，如某生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定對(duì)同批次電池以 18 只/路在化成槽上串聯(lián)放電，當(dāng)放電至平均單體電壓為 1.72～1.73 V 時(shí)按同放電時(shí)間且放電電壓接近作為配組依據(jù)，將平均單體放電電壓低于 1.68 V 的電池判為槽上放電電壓不達(dá)標(biāo)電池。這些不達(dá)標(biāo)的電池與同批次其它電池相比容量小，可能存在缺陷。生產(chǎn)企業(yè)為了提高配組率會(huì)對(duì)電池再次進(jìn)行充放電。經(jīng)再充電后單體平均放電電壓仍低于 1.0 V 的電池被剔除，作報(bào)廢處理。余下放電電壓不達(dá)標(biāo)的電池單獨(dú)放置，仍以 18 只/路串聯(lián)定電流放電至平均單體電壓 1.72～1.73 V。經(jīng)再次放電，單體平均放電電壓高于 1.68 V 的電池作合格電池處理，而仍低于 1.68 V 的電池作降級(jí)處理。

在化成槽上容量檢測(cè)判為放電電壓不達(dá)標(biāo)的電池，經(jīng)再次充放電，令活性物質(zhì)進(jìn)一步活化，使電池容量、配組率得到提高。但是，單只電池由 N 個(gè)單格構(gòu)成，當(dāng)多數(shù)單格放電電壓較高，而異常單格放電電壓較低時(shí)，它顯示的單只電池放電電壓與整體容量略小的電池放電電壓接近，以致不能通過(guò)放電電壓進(jìn)行區(qū)分。所以，采用上述方法配組獲得的組內(nèi)單只電池并不能排除可能存在裝配不良的情況，如焊接掉片（特別是負(fù)極邊側(cè)板，對(duì)容量影響更?。?、微短路、單格反極等。當(dāng)電池組多次使用循環(huán)后，單體落后會(huì)加劇拖累整組電池的放電性能。筆者通過(guò)對(duì)這類不達(dá)標(biāo)的電池進(jìn)行整理后，再進(jìn)行容檢放電、靜置后的開(kāi)路電壓檢測(cè)、大電流放電等多項(xiàng)測(cè)試，確定了一種電池內(nèi)部裝配質(zhì)量檢查方式，以便明確該類電池是否可用于配組發(fā)貨。

1 試驗(yàn)

取同批次 10 000 只型號(hào)為 6-DZF-20 的電動(dòng)助力車用閥控式鉛酸電池，加入定量同密度稀硫酸水溶液，充電后在化成槽上進(jìn)行容量檢測(cè)，經(jīng)再充電、酸量檢查、抽酸后蓋上安全帽，然后進(jìn)行清洗、封蓋片。

選出該批電池中放電末期電壓低于 10.08 V 的173 只電池（以下簡(jiǎn)稱 A 類電池），分別與對(duì)比樣（取同批槽上放電電壓在 10.45～10.55 V 范圍內(nèi)的電池 5 只，以下簡(jiǎn)稱 B 類電池）作性能測(cè)試對(duì)比。將樣品電池靜置 1 d 后檢查開(kāi)路電壓發(fā)現(xiàn)，開(kāi)路電壓均在 13.15 V 以上，無(wú)明顯短路及斷路。通過(guò)電池放電儀進(jìn)行單只放電，以 10 A 電流放電至終止電壓 10.50 V，記錄電池的一次放電容量 C1。讓完成放電的電池在斷路下靜置 1 h，讀取并記錄電池此時(shí)的電壓 U0。切換電池放電儀的放電電流，對(duì)完成靜置的電池以 20 A 放電至 9.6 V，并再記錄單只電池的二次放電容量 C2。對(duì)完成上述測(cè)試的 A 類電池作解剖處理，檢查 12 V 電池的單格是否有缺陷，并判明原因。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 一次放電容量

把 A 類電池按一次放電容量 C1的大小分成 4組。由表 1 可知，A 類電池的 C1容量均落后于 B類電池，而且在 4 組 A 類電池中容量越接近 B 類電池的電池組內(nèi)分布的電池?cái)?shù)量越多。

2.2 電池放電靜置電壓（U0）

電池放電靜置電壓是與電池放電深度相關(guān)的[4]。試驗(yàn)的每只 6-DZF-20 電池都由 6 個(gè)單格構(gòu)成，電池內(nèi)部存在裝配質(zhì)量缺陷的單格相對(duì)其它單格在放電時(shí)會(huì)提前到達(dá)單格放電終止電壓 1.75 V。由于電池是單格串聯(lián)放電的，只要單格放電平均電壓高于1.75 V，放電就將繼續(xù)。此后，缺陷單格放電電壓迅速下降，使整只電池提前終止放電，而無(wú)缺陷單格則未完全放電，導(dǎo)致電池在靜置后單格回升電壓較高。由表 1 可以看出，A 類電池中放電靜置電壓U0越低則對(duì)應(yīng)的容量 C1越高。由此可知，放電靜置電壓 U0與容量 C1呈反比關(guān)系，A 類中第 4 組電池的放電靜置電壓 U0最接近 B 類電池，電池分布的數(shù)量也最多。

2.3 二次放電容量（C2）

電池中有缺陷單格因?yàn)樵谝淮畏烹姇r(shí)相對(duì)過(guò)放電，所以在二次大電流放電時(shí)電壓下降更明顯[5]，拖累整只電池的放電電壓，造成電池放出容量明顯減少。由表 1 可知，A 類電池的容量 C1與 C2呈正比關(guān)系，A 類電池的 C2容量均落后于 B 類電池。

表1 電池放電檢測(cè)容量及電壓

2.4 電池質(zhì)量不良與 C1、U0、C2 分析

表2 為解剖電池單格掉片與 U0、C2值對(duì)應(yīng)分布情況。表 3 為解剖電池內(nèi)部微短路與放電 U0、C2值對(duì)應(yīng)分布情況。表 4 為解剖電池單格反極與放電U0、C2值對(duì)應(yīng)分布情況。A 類中異常電池的放電靜置電壓 U0值分布在 11.97～12.11 V 范圍內(nèi)，且與 B 類電池的 U0平均值相比，最低靜置電壓是其1.005 倍。A 類中異常電池的二次放電檢測(cè)容量 C2值分布在 0.91～1.43 Ah 范圍內(nèi)，且最高放電容量小于 B 類電池 C2均值的 80 %。

表2 電池單格掉片與 U0、C2 值對(duì)應(yīng)分布表

表3 電池內(nèi)部微短路與 U0、C2 值對(duì)應(yīng)分布表

表4 電池單格反極與 U0、C2 值對(duì)應(yīng)分布表

表5 為解剖裝配無(wú)異常電池放電 U0、C2值對(duì)應(yīng)分布情況。A 類中無(wú)異常電池的放電靜置電壓 U0值分布在 11.89～12.01 V 范圍內(nèi)，且與 B 類電池相比，最低靜置電壓是其平均值的 0.999～1.09 倍。A 類中異常電池的二次放電檢測(cè)容量 C2值分布在1.59～1.82 Ah 范圍內(nèi)，且最高放電容量小于 B 類電池 C2均值的 88 %～101 %。

表5 無(wú)異常電池與 U0、C2 值對(duì)應(yīng)分布表

無(wú)異常電池由于單格放電一致，理論上在放電靜置中會(huì)獲得最低的 U0值及較高的 C2值。表 2～表 4 中存在故障電池的最低靜置電壓為 11.97 V，因此可以把放電靜置電壓低于 11.97 V 的電池歸為Ⅰ類，代表裝配無(wú)異常電池。試驗(yàn)的Ⅰ類電池放電靜置電壓（U0）最高值用 α 表示，其值為：

α= B 類電池 U0平均值 + 電池額定電壓×0.005。

圖1 方框內(nèi)所示為表 2～表 5 中放電靜置電壓在 11.97～12.01 V 范圍內(nèi)的電池。把這些可能存在掉片、短路、反極或裝配無(wú)異常的電池歸為Ⅱ類。這些可能有缺陷的電池電壓波動(dòng)值用 β 進(jìn)行表示，β 值范圍歸集如下：

圖1 試驗(yàn)電池放電靜置電壓分布圖

α＜β＜ 1.005α。

所有解剖電池，除去Ⅰ類、Ⅱ類電池余下的歸為 Ⅲ類電池，此類電池?zé)o存在裝配故障。

對(duì)比表 2～表 5 中電池二次放電容量，裝配故障的電池通過(guò)二次放電容量進(jìn)行歸集。圖 2 中橫線代表掉片、微短路、反極與無(wú)異常電池的分割線γ。本試驗(yàn)中 γ 值為 B 類電池 C2均值的 80 %～85 %，容量高于分割線的電池為無(wú)異常電池，反之為掉片、微短路、反極電池。

圖2 試驗(yàn)電池二次放電容量分布圖

3 結(jié)論

上述試驗(yàn)表明，槽上化成放電電壓不達(dá)標(biāo)電池的一次放電容量越接近對(duì)比電池容量則電池出現(xiàn)故障的概率越小。有掉片、短路、反極缺陷的電池一次放電容量與二次放電容量成正比關(guān)系，與放電靜置電壓成反比關(guān)系，可通過(guò)與同批次對(duì)比電池的一次放電靜置電壓、二次放電容量之間差異對(duì)比對(duì)電池進(jìn)行歸集并判斷。生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際操作中可根據(jù)實(shí)際情況確定適合指導(dǎo)本企業(yè)生產(chǎn)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及α、β、γ值，在放電靜置電壓檢測(cè)時(shí)對(duì)低于α值的電池先做出判定，對(duì)放電靜置電壓在β值范圍內(nèi)的電池需進(jìn)行二次容量檢測(cè)并依據(jù)γ值判定，對(duì)放電靜置電壓高于β值的電池可直接做報(bào)廢或降級(jí)處理。運(yùn)用上述方法檢測(cè)電池可以對(duì)生產(chǎn)中裝配不良電池做出有效判定，降低電池退貨率。