吳萬斌，朱恒平，陳曉奎，張雙地，李皎

（荷貝克電源系統(tǒng)（武漢）有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

隨著鉛酸蓄電池的應(yīng)用要求越來越高，對電池使用壽命的要求也越來越高，而隨著電池使用壽命的延長，不可避免地會出現(xiàn)正極板長大的問題，尤其是在一些高溫使用環(huán)境下。極板長大可能會導(dǎo)致正負(fù)極接觸短路而失效[1]。目前，針對這一問題的研究多是集中在板柵合金成分和板柵制造工藝這兩方面[2-3]。既然正板長大趨勢不可避免，何不采取一定的預(yù)防措施來降低正極板長大所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。包封時(shí)AGM隔板在極板寬和高兩個(gè)方向上的凸出尺寸足夠是保證電池可靠性和長壽命的重要途經(jīng)。雖然在設(shè)計(jì)層面，無論是高度方向上還是寬度方向上，均保證了有足夠的凸出尺寸，但是在實(shí)際包封過程中，凸出尺寸大小與設(shè)計(jì)值之間會產(chǎn)生偏差。正是出于這方面的考慮，對2種包封機(jī)的包封數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，了解包封后的實(shí)際情況，以便在現(xiàn)行設(shè)備的過程能力下，在設(shè)計(jì)上和工藝上對包封過程進(jìn)行適度調(diào)整，保證在包封時(shí)AGM隔板的凸出尺寸足夠大。

1 實(shí)驗(yàn)

本次試驗(yàn)選取某一型號固定型電池，用2種不同包封機(jī)（代號A和B）包封正極。在整理前和鑄焊匯流排后，分別取6個(gè)極群（極群結(jié)構(gòu)8正9負(fù)）。用固定的夾具將極群夾緊后，按圖1所示依次測量極群每片隔板、正極板、負(fù)極板的高度，即A、P、N的值，按圖2所示測量寬度方向的突出尺寸，即D、E、F的值。這樣不論是計(jì)算高度方向隔板的凸出量，還是寬度方向上隔板的凸出量，均能保證正極板、負(fù)極板、隔板的高度/寬度數(shù)據(jù)都是在同一基準(zhǔn)面，有效降低了測量偏差。通過上述原始數(shù)據(jù)，可以分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算出如下指標(biāo)：①在高度方向上正極板/負(fù)極板相對于隔板的凸出余量；②寬度方向上正極板/負(fù)極板相對于隔板的凸出余量；③同一片隔板在高度和寬度方向上的整齊度（錯(cuò)位程度）；④同一片極板/隔板上邊框兩邊是否水平（反映極板/隔板是否歪斜）；⑤反應(yīng)設(shè)備過程能力的相關(guān)參數(shù)。

2 結(jié)果和討論

2.1 高度方向上隔板凸出數(shù)據(jù)分析

由表1和表2可以看出，在樣本均值方面，凸出長度基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。從凸出長度的分布來看，對于2種包封機(jī)來說，差別不大，每個(gè)區(qū)間的分布占比也大致相同。采用包封機(jī)A時(shí)，正極板在高度方向上的凸出長度在3～4mm之間的占比為10.68%，凸出長度在4～5mm之間的占比為37.76%，凸出長度在不小于5mm的占比為51.56%。采用包封機(jī)B時(shí)，正極板在高度方向上的凸出長度在2～3mm之間的占比為1.56%，凸出長度在3～4mm之間的占比為10.94%，凸出長度在4～5mm之間的占比為27.81%，凸出長度在不小于5mm的占比為59.69%。采用包封機(jī)A時(shí)凸出長度最小值都在3mm以上。采用包封機(jī)B時(shí)存在凸出長度小于3mm的情況。雖然占比不高，但是這種情況導(dǎo)致短路的風(fēng)險(xiǎn)會很高。凸出長度需要保持一定的工藝范圍，過低會導(dǎo)致正負(fù)板短路，過高會導(dǎo)致隔板被助焊劑或錫鍋污染。

表1和表2中Cp和Cpk是以如下規(guī)格中上下限作為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的：正極板凸出長度公差為6mm±2mm；負(fù)極板凸出長度公差為7.5mm±2mm。Cp值主要反映數(shù)據(jù)的集中程度。Cp值的大小主要取決于樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差。Cpk不僅取決于集中度，還與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度有關(guān)（即樣本均值與規(guī)格中心值的差距大小）[4]。在計(jì)算理論中心值時(shí)，是以隔板設(shè)計(jì)長度和極板高度來計(jì)算的，會造成實(shí)際統(tǒng)計(jì)中心值與理論中心值存在偏差。如表1和表2所示，實(shí)際均值與理論中心值存在偏差。因此，Cp和Cpk計(jì)算結(jié)果存在偏差。但是，不論是采用哪種包封機(jī)，Cp和Cpk值都很低，均在1.1以下水平。從目前測試的大量數(shù)據(jù)來看，只有通過包封機(jī)生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的過程能力，才能保證隔板相對于極板有足夠的凸出長度（避免一邊過大，另一邊過?。?。

表1 采用包封機(jī)A時(shí)高度方向上隔板相對于極板凸出長度

表2 采用包封機(jī)B時(shí)高度方向上隔板相對于極板凸出長度

2.2 寬度方向上隔板凸出數(shù)據(jù)分析

表3和表4中Cp和Cpk的計(jì)算，是以如下規(guī)格中上下限作為基礎(chǔ)進(jìn)行的：相對于正極板凸出寬度公差為4mm±2mm；要對于負(fù)極板凸出寬度公差為4mm±2mm。采用包封機(jī)A時(shí)，正極板寬度方向的凸出余量在2～3mm之間的占比為21.09%，在3～4mm之間的占比為37.50%，大于4mm的占比為41.41%。采用包封機(jī)B時(shí)，正極板寬度方向的凸出余量在1～2mm之間的占比為1.56%，在2～3mm之間的占比為15.63%，在3～4mm之間的占比為38.44%，大于4mm的占比為44.38%。在寬度方向上，隔板凸出余量，鑄焊后是要好于整理前的，尤其負(fù)極板鑄焊后要明顯好于整理前，而正極板則不明顯（這既與包封正極板有關(guān)，又與正極板與隔板的粗糙面接觸不易滑動(dòng)有關(guān)）。如果在使用過程中正極板在寬度方向上也存在長大的情況，那么短路風(fēng)險(xiǎn)極高[5-6]。相應(yīng)地，在寬度方向上隔板的凸出量也就必須加以控制，以保證電池的使用壽命。

表3 采用包封機(jī)A時(shí)隔板在寬度方向上的凸出數(shù)據(jù)

表4 采用包封機(jī)B時(shí)隔板在寬度方向上的凸出數(shù)據(jù)

2.3 隔板整齊度分析

隔板整齊度（即隔板錯(cuò)位程度）實(shí)際上與高度方向上的凸出余量反映的是同一個(gè)問題。隔板錯(cuò)位大了，必然會造成兩個(gè)凸出余量一個(gè)很大，一個(gè)很小。只是通過這個(gè)數(shù)據(jù)可以更直觀地反映出隔板包封的整齊性。表5和表6中Cp和Cpk的計(jì)算，是以如下規(guī)格上下限作為基礎(chǔ)進(jìn)行的：隔板整齊度公差為0mm±2mm。最小值是負(fù)值，是因?yàn)橛?jì)算時(shí)固定了方向，沒有取絕對值。這樣可以觀察整齊度是否都朝一個(gè)方向偏，有利于調(diào)整設(shè)備。采用包封機(jī)A時(shí)，隔板整齊度不大于1的占比為64.06%，在1～2mm之間的占比為35.94%。采用包封機(jī)B時(shí)，隔板整齊度不大于1的占比為50.63%，在1～2mm之間的占比為42.50%，在2～3mm之間的占比為6.88%。對于采用包封機(jī)B時(shí)存在的最大錯(cuò)位大于2mm的情況，一組電池里面只要出現(xiàn)一個(gè)，那么整組電池的短路風(fēng)險(xiǎn)就會很高。

表5 采用包封機(jī)A時(shí)隔板高度方向上的整齊度

表6 采用包封機(jī)B時(shí)隔板高度方向上的整齊度

2.4 上邊框水平度數(shù)據(jù)分析

在測量過程中發(fā)現(xiàn)部分極板上邊框的左右兩邊不在同一水平線上，即極板在極群中有一定傾斜，因此對同一片極板或隔板左右兩邊的高度差進(jìn)行了測試。表7和表8顯示，與包封機(jī)B相比，采用包封機(jī)A時(shí)上邊框水平度略好些，而且鑄焊后要明顯好于整理前。表7、表8的統(tǒng)計(jì)值是按如下規(guī)格限來進(jìn)行的：極板、隔板上邊框水平度公差為（0±1）mm。

表7 采用包封機(jī)A時(shí)上邊框水平度數(shù)據(jù)分析

表8 采用包封機(jī)B時(shí)上邊框水平度數(shù)據(jù)分析

2.5 調(diào)整后分析

由以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，采用包封機(jī)B時(shí)凸出余量較小，因此在對包封機(jī)B進(jìn)行調(diào)整后，再次進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。由表9與表2對比可以看出，設(shè)備經(jīng)過調(diào)整后，Cp和Cpk數(shù)值有明顯提升，最小值變化較明顯，達(dá)到了3.94mm，而之前最小值為2.77mm，大幅降低了由正板生長所帶來的短路風(fēng)險(xiǎn)。

表9 采用包封機(jī)B時(shí)高度方向上隔板相對于極板凸出長度

3 結(jié)論

從整體數(shù)據(jù)來看，A型包封機(jī)性能要略優(yōu)于B型包封機(jī)，在規(guī)格公差為±2 mm的前提下，高度和寬度方向上的過程能力偏低，Cp和Cpk基本都維持在1.0左右。雖然調(diào)整后包封機(jī)的過程能力略有提升，但還需由包封機(jī)廠家予以改善方可從根本上提升。實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要監(jiān)控包封過程質(zhì)量水平。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及電池失效模式來評估是否需要調(diào)整設(shè)計(jì)或包封過程參數(shù)，以避免因過程能力偏低導(dǎo)致電池使用壽命降低。