铅酸蓄电池鼓包现象的案例分析

汤序锋，周代辉，庞明朵，张腾

（天能电池集团股份有限公司，浙江 长兴 313100）

0 引言

目前，储能铅酸电池[1]运用非常广泛，特别是UPS 类型的，有很多关键的装备，或者保证持续供电的地方都要用到 UPS[2]。但是，由于电池的品质，以及运用搭配的负载、环境温度[3]等原因，电池会发生变形鼓包[4]，影响其使用性能，更严重的会导致发生气爆或火灾。笔者对一款 9 Ah/12 V 储能铅酸电池化成充放电后出现鼓包现象进行分析以及再现试验。根据再现实验可知，电池化成充电后出现不同程度的鼓包跟电池的内部结构、本身内部质量无关。

1 电池解剖分析

取样同批次鼓包电池和外观正常电池，同时以定功率 216 W 放电测试容量（测试结果见表1）。然后，撬开电池上片，发现鼓包电池各单格安全帽吸附正常，不存在有气密不良的情况（见图1 和图2）。

表1 电池容量测试结果

逐一检查各单格板群，没有发现电池内部存在极板短路和极板虚焊等现象。测量各单格电压、内阻、加酸量、电解液密度和极板活物质成分的结果如表2 和表3 所示。鼓包电池和正常电池各单格电压、内阻、加酸量、电解液密度和极板活物质成分均一致，不存在电池内部质量问题，故此次电池鼓包非是电池质量问题所造成的。

图1 第3、4 单格鼓包的电池

图2 各单格安全阀吸附正常

表2 鼓包电池测试结果

表3 正常电池测试结果

2 电池鼓包再现实验

该批次库存电池中取 15 只外观不良 9 Ah/12 V没有鼓包的电池，测量它们的开路电压为 13.00～13.06 V。如图3 所示，将这些电池并联连接于充电机回路上（15 只/盘），按照标准以 5 小时率进行充放电循环测试（环境温度为 30 ℃ ± 2℃）。采用三笔式记录仪侦测电池表面不同部位的温度结果如图4 所示。电池摆放紧密时电池间散热较差，从而导致电池表面温度上升达到 70.6 ℃（这样的温度是防火塑料电池槽无法承受的），明显比正常值（58.4 ℃）偏高 12.2 ℃。电池套有薄膜袋时表面温度仅上升到 58.4 ℃。有没有套薄膜袋，电池表面温度差只有 2 ℃，并不会导致电池鼓包。

图3 再现实验电池充放电状态

图4 电池不同条件下充电表面温度曲线

依照标准进行 5 小时率循环充放电时，由于充放电机某个回路上时间设定控制出现故障，所以实际的充电时间比设定时间长，从而导致电池过充电鼓包（参见表4）。电池充放电过程中电压和电流情况见图5。充放电机实际充电时间比设定时间延长了约 50 min，从而导致 9 Ah/12 V 电池以较大电流（1.20 A）过充电，发生鼓包。特别在充电末期，过充电会导致电池失水严重，蓄热产生热失控，导致电池鼓包。

图5 电池 5 小时率充放电电压和电流曲线

表4 电池在充放电机上的工艺参数

3 分析 5 小时率循环条件与电池表面温度关系

设定采用防火级塑料的 9 Ah/12 V 电池与采用通塑料的 9 Ah/12 V 电池的 5 小时率充放电循环程序一致：① 初始以 1.2 A 充电 2 h；② 静止 0.5 h；③ 以 1.45 A 放电 5 h；④ 以 1.2 A 回充电 7 h；⑤静止 0.5 h；⑥以 1.2 A 补充电 1 h。采用温度测试仪侦测到，电池间摆放靠得较近（约 2 cm）时电池表面温升最高值为 56.2 ℃，而正常摆放（约 5 cm）时电池表面温升最高值 50.2 ℃（见图6）。采用防火塑料的 9 Ah/12 V 电池以目前定电流 1.20 A 回充电时，电池表面温度上升至 50.2～56.2 ℃，接近于电池鼓包时的电池表面温度 56.4～58.4 ℃。如果环境温度再升高一些，而且电池摆放很紧密，那么这些新电池也有出现鼓包的可能。

图6 5 小时率充放电过程中电池表面温度曲线

4 结论

充电时间延长，导致 9 Ah/12 V 电池过充电膨胀。电池摆放间距紧密导致充电时散热不良、热辐射蓄热，使电池温度升高，致防火塑料电池槽膨胀鼓起。目前，由于采用防火塑料与采用普通塑料的 9 Ah/12 V 电池的 5 小时率充放电循环程序是一样的，在充电的末期，电池表面温度会达到 50.2～56.2℃。这对防火塑料材质（热变形温度低）有一定影响，因此需要对防火塑料壳电池的充放电工艺、化成冷却方式进行调整。