鉛酸蓄電池鼓包現(xiàn)象的案例分析

湯序鋒，周代輝，龐明朵，張騰

（天能電池集團股份有限公司，浙江 長興 313100）

0 引言

目前，儲能鉛酸電池[1]運用非常廣泛，特別是UPS 類型的，有很多關(guān)鍵的裝備，或者保證持續(xù)供電的地方都要用到 UPS[2]。但是，由于電池的品質(zhì)，以及運用搭配的負載、環(huán)境溫度[3]等原因，電池會發(fā)生變形鼓包[4]，影響其使用性能，更嚴重的會導致發(fā)生氣爆或火災。筆者對一款 9 Ah/12 V 儲能鉛酸電池化成充放電后出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象進行分析以及再現(xiàn)試驗。根據(jù)再現(xiàn)實驗可知，電池化成充電后出現(xiàn)不同程度的鼓包跟電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、本身內(nèi)部質(zhì)量無關(guān)。

1 電池解剖分析

取樣同批次鼓包電池和外觀正常電池，同時以定功率 216 W 放電測試容量（測試結(jié)果見表1）。然后，撬開電池上片，發(fā)現(xiàn)鼓包電池各單格安全帽吸附正常，不存在有氣密不良的情況（見圖1 和圖2）。

表1 電池容量測試結(jié)果

逐一檢查各單格板群，沒有發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)部存在極板短路和極板虛焊等現(xiàn)象。測量各單格電壓、內(nèi)阻、加酸量、電解液密度和極板活物質(zhì)成分的結(jié)果如表2 和表3 所示。鼓包電池和正常電池各單格電壓、內(nèi)阻、加酸量、電解液密度和極板活物質(zhì)成分均一致，不存在電池內(nèi)部質(zhì)量問題，故此次電池鼓包非是電池質(zhì)量問題所造成的。

圖1 第3、4 單格鼓包的電池

圖2 各單格安全閥吸附正常

表2 鼓包電池測試結(jié)果

表3 正常電池測試結(jié)果

2 電池鼓包再現(xiàn)實驗

該批次庫存電池中取 15 只外觀不良 9 Ah/12 V沒有鼓包的電池，測量它們的開路電壓為 13.00～13.06 V。如圖3 所示，將這些電池并聯(lián)連接于充電機回路上（15 只/盤），按照標準以 5 小時率進行充放電循環(huán)測試（環(huán)境溫度為 30 ℃ ± 2℃）。采用三筆式記錄儀偵測電池表面不同部位的溫度結(jié)果如圖4 所示。電池擺放緊密時電池間散熱較差，從而導致電池表面溫度上升達到 70.6 ℃（這樣的溫度是防火塑料電池槽無法承受的），明顯比正常值（58.4 ℃）偏高 12.2 ℃。電池套有薄膜袋時表面溫度僅上升到 58.4 ℃。有沒有套薄膜袋，電池表面溫度差只有 2 ℃，并不會導致電池鼓包。

圖3 再現(xiàn)實驗電池充放電狀態(tài)

圖4 電池不同條件下充電表面溫度曲線

依照標準進行 5 小時率循環(huán)充放電時，由于充放電機某個回路上時間設(shè)定控制出現(xiàn)故障，所以實際的充電時間比設(shè)定時間長，從而導致電池過充電鼓包（參見表4）。電池充放電過程中電壓和電流情況見圖5。充放電機實際充電時間比設(shè)定時間延長了約 50 min，從而導致 9 Ah/12 V 電池以較大電流（1.20 A）過充電，發(fā)生鼓包。特別在充電末期，過充電會導致電池失水嚴重，蓄熱產(chǎn)生熱失控，導致電池鼓包。

圖5 電池 5 小時率充放電電壓和電流曲線

表4 電池在充放電機上的工藝參數(shù)

3 分析 5 小時率循環(huán)條件與電池表面溫度關(guān)系

設(shè)定采用防火級塑料的 9 Ah/12 V 電池與采用通塑料的 9 Ah/12 V 電池的 5 小時率充放電循環(huán)程序一致：① 初始以 1.2 A 充電 2 h；② 靜止 0.5 h；③ 以 1.45 A 放電 5 h；④ 以 1.2 A 回充電 7 h；⑤靜止 0.5 h；⑥以 1.2 A 補充電 1 h。采用溫度測試儀偵測到，電池間擺放靠得較近（約 2 cm）時電池表面溫升最高值為 56.2 ℃，而正常擺放（約 5 cm）時電池表面溫升最高值 50.2 ℃（見圖6）。采用防火塑料的 9 Ah/12 V 電池以目前定電流 1.20 A 回充電時，電池表面溫度上升至 50.2～56.2 ℃，接近于電池鼓包時的電池表面溫度 56.4～58.4 ℃。如果環(huán)境溫度再升高一些，而且電池擺放很緊密，那么這些新電池也有出現(xiàn)鼓包的可能。

圖6 5 小時率充放電過程中電池表面溫度曲線

4 結(jié)論

充電時間延長，導致 9 Ah/12 V 電池過充電膨脹。電池擺放間距緊密導致充電時散熱不良、熱輻射蓄熱，使電池溫度升高，致防火塑料電池槽膨脹鼓起。目前，由于采用防火塑料與采用普通塑料的 9 Ah/12 V 電池的 5 小時率充放電循環(huán)程序是一樣的，在充電的末期，電池表面溫度會達到 50.2～56.2℃。這對防火塑料材質(zhì)（熱變形溫度低）有一定影響，因此需要對防火塑料殼電池的充放電工藝、化成冷卻方式進行調(diào)整。