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        鉛酸蓄電池鼓包現(xiàn)象的案例分析

        2021-12-30 11:19:02湯序鋒周代輝龐明朵張騰
        蓄電池 2021年6期
        關(guān)鍵詞:鼓包表面溫度極板

        湯序鋒,周代輝,龐明朵,張騰

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

        0 引言

        目前,儲能鉛酸電池[1]運(yùn)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(yùn)用搭配的負(fù)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(yán)重的會導(dǎo)致發(fā)生氣爆或火災(zāi)。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(jìn)行分析以及再現(xiàn)試驗(yàn)。根據(jù)再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)

        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(jī)回路上(15 只/盤),按照標(biāo)準(zhǔn)以 5 小時率進(jìn)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?cái)[放緊密時電池間散熱較差,從而導(dǎo)致電池表面溫度上升達(dá)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(dǎo)致電池鼓包。

        圖3 再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 5 小時率循環(huán)充放電時,由于充放電機(jī)某個回路上時間設(shè)定控制出現(xiàn)故障,所以實(shí)際的充電時間比設(shè)定時間長,從而導(dǎo)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(jī)實(shí)際充電時間比設(shè)定時間延長了約 50 min,從而導(dǎo)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(dǎo)致電池失水嚴(yán)重,蓄熱產(chǎn)生熱失控,導(dǎo)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(jī)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(bǔ)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?cái)[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(dǎo)致 9 Ah/12 V 電池過充電膨脹。電池?cái)[放間距緊密導(dǎo)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(dá)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(jìn)行調(diào)整。

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