铅酸动力电池内部装配质量的判定与分析

庄建 ，杨新明，邱华良，周文渭，欧阳万忠

（天能电池集团股份有限公司，浙江 长兴 313100）

0 引言

铅酸动力电池以组为单位使用在电动车上，作为电动车行驶的动力源，其工作时要求组内单体电压一致，以获得最佳使用寿命。由于制造差异，电池在使用时的放电时间是不一致的。生产企业为改善电池放电一致性，需对电池进行配组[1-3]，要求组内电池同放电时间下电池闭路电压与充电静置后电池开路电压相近。

将化成时同放电时间下闭路电压相近的电池配组，会产生少量配不上组的电池，如某生产企业规定对同批次电池以 18 只/路在化成槽上串联放电，当放电至平均单体电压为 1.72～1.73 V 时按同放电时间且放电电压接近作为配组依据，将平均单体放电电压低于 1.68 V 的电池判为槽上放电电压不达标电池。这些不达标的电池与同批次其它电池相比容量小，可能存在缺陷。生产企业为了提高配组率会对电池再次进行充放电。经再充电后单体平均放电电压仍低于 1.0 V 的电池被剔除，作报废处理。余下放电电压不达标的电池单独放置，仍以 18 只/路串联定电流放电至平均单体电压 1.72～1.73 V。经再次放电，单体平均放电电压高于 1.68 V 的电池作合格电池处理，而仍低于 1.68 V 的电池作降级处理。

在化成槽上容量检测判为放电电压不达标的电池，经再次充放电，令活性物质进一步活化，使电池容量、配组率得到提高。但是，单只电池由 N 个单格构成，当多数单格放电电压较高，而异常单格放电电压较低时，它显示的单只电池放电电压与整体容量略小的电池放电电压接近，以致不能通过放电电压进行区分。所以，采用上述方法配组获得的组内单只电池并不能排除可能存在装配不良的情况，如焊接掉片（特别是负极边侧板，对容量影响更小）、微短路、单格反极等。当电池组多次使用循环后，单体落后会加剧拖累整组电池的放电性能。笔者通过对这类不达标的电池进行整理后，再进行容检放电、静置后的开路电压检测、大电流放电等多项测试，确定了一种电池内部装配质量检查方式，以便明确该类电池是否可用于配组发货。

1 试验

取同批次 10 000 只型号为 6-DZF-20 的电动助力车用阀控式铅酸电池，加入定量同密度稀硫酸水溶液，充电后在化成槽上进行容量检测，经再充电、酸量检查、抽酸后盖上安全帽，然后进行清洗、封盖片。

选出该批电池中放电末期电压低于 10.08 V 的173 只电池（以下简称 A 类电池），分别与对比样（取同批槽上放电电压在 10.45～10.55 V 范围内的电池 5 只，以下简称 B 类电池）作性能测试对比。将样品电池静置 1 d 后检查开路电压发现，开路电压均在 13.15 V 以上，无明显短路及断路。通过电池放电仪进行单只放电，以 10 A 电流放电至终止电压 10.50 V，记录电池的一次放电容量 C1。让完成放电的电池在断路下静置 1 h，读取并记录电池此时的电压 U0。切换电池放电仪的放电电流，对完成静置的电池以 20 A 放电至 9.6 V，并再记录单只电池的二次放电容量 C2。对完成上述测试的 A 类电池作解剖处理，检查 12 V 电池的单格是否有缺陷，并判明原因。

2 试验结果与分析

2.1 一次放电容量

把 A 类电池按一次放电容量 C1的大小分成 4组。由表 1 可知，A 类电池的 C1容量均落后于 B类电池，而且在 4 组 A 类电池中容量越接近 B 类电池的电池组内分布的电池数量越多。

2.2 电池放电静置电压（U0）

电池放电静置电压是与电池放电深度相关的[4]。试验的每只 6-DZF-20 电池都由 6 个单格构成，电池内部存在装配质量缺陷的单格相对其它单格在放电时会提前到达单格放电终止电压 1.75 V。由于电池是单格串联放电的，只要单格放电平均电压高于1.75 V，放电就将继续。此后，缺陷单格放电电压迅速下降，使整只电池提前终止放电，而无缺陷单格则未完全放电，导致电池在静置后单格回升电压较高。由表 1 可以看出，A 类电池中放电静置电压U0越低则对应的容量 C1越高。由此可知，放电静置电压 U0与容量 C1呈反比关系，A 类中第 4 组电池的放电静置电压 U0最接近 B 类电池，电池分布的数量也最多。

2.3 二次放电容量（C2）

电池中有缺陷单格因为在一次放电时相对过放电，所以在二次大电流放电时电压下降更明显[5]，拖累整只电池的放电电压，造成电池放出容量明显减少。由表 1 可知，A 类电池的容量 C1与 C2呈正比关系，A 类电池的 C2容量均落后于 B 类电池。

表1 电池放电检测容量及电压

2.4 电池质量不良与 C1、U0、C2 分析

表2 为解剖电池单格掉片与 U0、C2值对应分布情况。表 3 为解剖电池内部微短路与放电 U0、C2值对应分布情况。表 4 为解剖电池单格反极与放电U0、C2值对应分布情况。A 类中异常电池的放电静置电压 U0值分布在 11.97～12.11 V 范围内，且与 B 类电池的 U0平均值相比，最低静置电压是其1.005 倍。A 类中异常电池的二次放电检测容量 C2值分布在 0.91～1.43 Ah 范围内，且最高放电容量小于 B 类电池 C2均值的 80 %。

表2 电池单格掉片与 U0、C2 值对应分布表

表3 电池内部微短路与 U0、C2 值对应分布表

表4 电池单格反极与 U0、C2 值对应分布表

表5 为解剖装配无异常电池放电 U0、C2值对应分布情况。A 类中无异常电池的放电静置电压 U0值分布在 11.89～12.01 V 范围内，且与 B 类电池相比，最低静置电压是其平均值的 0.999～1.09 倍。A 类中异常电池的二次放电检测容量 C2值分布在1.59～1.82 Ah 范围内，且最高放电容量小于 B 类电池 C2均值的 88 %～101 %。

表5 无异常电池与 U0、C2 值对应分布表

无异常电池由于单格放电一致，理论上在放电静置中会获得最低的 U0值及较高的 C2值。表 2～表 4 中存在故障电池的最低静置电压为 11.97 V，因此可以把放电静置电压低于 11.97 V 的电池归为Ⅰ类，代表装配无异常电池。试验的Ⅰ类电池放电静置电压（U0）最高值用 α 表示，其值为：

α= B 类电池 U0平均值 + 电池额定电压×0.005。

图1 方框内所示为表 2～表 5 中放电静置电压在 11.97～12.01 V 范围内的电池。把这些可能存在掉片、短路、反极或装配无异常的电池归为Ⅱ类。这些可能有缺陷的电池电压波动值用 β 进行表示，β 值范围归集如下：

图1 试验电池放电静置电压分布图

α＜β＜ 1.005α。

所有解剖电池，除去Ⅰ类、Ⅱ类电池余下的归为 Ⅲ类电池，此类电池无存在装配故障。

对比表 2～表 5 中电池二次放电容量，装配故障的电池通过二次放电容量进行归集。图 2 中横线代表掉片、微短路、反极与无异常电池的分割线γ。本试验中 γ 值为 B 类电池 C2均值的 80 %～85 %，容量高于分割线的电池为无异常电池，反之为掉片、微短路、反极电池。

图2 试验电池二次放电容量分布图

3 结论

上述试验表明，槽上化成放电电压不达标电池的一次放电容量越接近对比电池容量则电池出现故障的概率越小。有掉片、短路、反极缺陷的电池一次放电容量与二次放电容量成正比关系，与放电静置电压成反比关系，可通过与同批次对比电池的一次放电静置电压、二次放电容量之间差异对比对电池进行归集并判断。生产企业在实际操作中可根据实际情况确定适合指导本企业生产的检测标准及α、β、γ值，在放电静置电压检测时对低于α值的电池先做出判定，对放电静置电压在β值范围内的电池需进行二次容量检测并依据γ值判定，对放电静置电压高于β值的电池可直接做报废或降级处理。运用上述方法检测电池可以对生产中装配不良电池做出有效判定，降低电池退货率。