關(guān)于電池滲酸問題的探討

于麗華，牛冀輝，劉明，朱紅英，袁曉桐，閆娜，霍玉龍

（風(fēng)帆有限責(zé)任公司，河北 保定 071057）

0 引言

近年來，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)鉛酸蓄電池的需求越來越大，對(duì)質(zhì)量要求越來越高。為了滿足市場需求，降低產(chǎn)品使用安全隱患，提高產(chǎn)品可靠性，我們針對(duì)某款電池在使用過程中存在的滲酸現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，研究發(fā)現(xiàn)存在此現(xiàn)象的主要原因?yàn)榕艢馑ㄗ冃?，和零部件配合不緊密。

1 原因分析

1.1 配合問題

圖1 和圖 2 所示分別為電池蓋和排氣栓。這種電池有 4 個(gè)排氣栓分別扣在電池蓋上 A、B、C、D 4 個(gè)凹陷部位。酸液就是通過電池蓋與排氣栓接觸的縫隙向外滲。雖然排氣栓上的凸柱和蓄電池孔的尺寸都在公差范圍內(nèi)，但在同一接觸部位存在軸小孔大現(xiàn)象，屬于間隙配合而非過盈配合。軸主要指圓柱形的外表面；孔主要指圓柱形的內(nèi)表面。從裝配關(guān)系講，孔是包容面，軸是被包容面，軸與孔的配合方式分為間隙配合、過盈配合和過渡配合[1]。在間隙配合中，孔的公差帶在軸的公差帶之上；在過盈配合中，孔的公差帶在軸的公差帶之下；在過渡配合中，孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊。

1.2 排氣栓變形

將塑料小顆粒加熱成熔融狀，通過壓力注入模具中，制成栓體（圖 3）和栓蓋（圖 4），然后栓體和栓蓋冷卻成型后，再經(jīng)熱封就成為排氣栓。將栓體總長（尺寸 1）和栓體兩凸起間距（尺寸 2）加以測量，結(jié)果如表 1 所示。熱封后，栓體總長和兩凸起的間距都有所減小。

圖1 電池蓋上部

圖2 排氣栓

圖3 栓體

圖4 栓蓋

表1 排氣栓尺寸 mm

熱封后栓體總長發(fā)生變化，說明中心線發(fā)生了位移，排氣栓整體呈現(xiàn)“凹”形，如圖 5 測量栓蓋底面變形值為（2.6±0.1）mm。在成型后的冷卻過程中，由于熱脹冷縮，栓蓋兩邊冷卻得快，中間冷卻得慢，造成栓蓋底面不平。栓體和栓蓋熱封過程又進(jìn)一步加大了變形量。排氣栓變形導(dǎo)致電池密封性差，酸液從縫隙處滲出。

圖5 排氣栓實(shí)物簡圖

2 解決方案及結(jié)果驗(yàn)證

2.1 解決方案

將排氣拴體的 3 個(gè)柱的直徑加大到 15.08～15.14 mm，繼續(xù)沿用形位公差，使排氣栓和蓄電池蓋滿足過盈配合。通過修改模具和工藝條件使熱封后的排氣栓平整。將排氣栓放在玻璃板上時(shí)，如圖5 所示的底面變形值應(yīng)小于 0.6 mm。蓄電池大蓋孔的毛刺需要被修掉，不得存在。

2.2 結(jié)果驗(yàn)證

2.2.1 零部件驗(yàn)證

試驗(yàn)前測量兩個(gè)調(diào)整后的排氣栓的底面變形值分別為 0.50 mm、0.57 mm，凸起圓柱相對(duì)于孔的過盈量為 0.24 mm，圓柱度[2]為 0.02 mm。試驗(yàn)過程中將調(diào)整前后的排氣栓同時(shí)進(jìn)行操作，將蓄電池蓋和排氣栓安裝在一起，用透明膠帶將蓄電池蓋上面的圓柱纏好，防止液體從開口處流出，往蓄電池蓋內(nèi)部的圓柱上加入 2 mm 高的藍(lán)墨水，靜置觀察（見圖 6）。6 h 后對(duì)比發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后的產(chǎn)品未出現(xiàn)滲液現(xiàn)象（見圖 7）。

2.2.2 成品電池驗(yàn)證

將蓄電池大蓋孔毛刺修剪掉后，裝成成品電池。對(duì)電池分別進(jìn)行過充電、振動(dòng)、低溫和高溫試驗(yàn)，試驗(yàn)變量設(shè)置如表 2 所示。

圖6 靜置試驗(yàn)

圖7 排氣栓調(diào)整前后滲液試驗(yàn)對(duì)比圖（右邊為調(diào)整前排氣栓，左邊為調(diào)整后排氣栓）

表2 試驗(yàn)變量

圖8 過充電滲酸圖

在過充電試驗(yàn)中，充電方式為 7.5 A 恒流充電。充電 4 h 后，C 開始往外噴酸。這時(shí)把排氣閥撬開看到，D 內(nèi)有酸，A 內(nèi)有少量酸，B 內(nèi)有微量酸。在電池充電過程中，由于化學(xué)反應(yīng)會(huì)放出熱量，因此電池內(nèi)電解液溫度一直保持在 60～65 ℃（見圖 8）。隨后觀察，C一直大量向外噴酸，撬開栓發(fā)現(xiàn) A、B、C 內(nèi)的酸量也一直增多，但酸量大小排序一直是 C＞D＞A＞B。

按 GJB 1724A—2009[3]常溫振動(dòng) 2 h 后，A、B、C、D 均有滲酸，滲酸量大小為 C＞A＞D＞B。

在低溫試驗(yàn)中，首先對(duì) 25 ℃ 下和 -40 ℃ 下放置 5 h 的排氣栓圓柱外徑和蓄電池蓋注液孔內(nèi)徑進(jìn)行測量。由表 3 和表 4 可以看出，低溫冷藏后排氣栓圓柱外徑減小了，蓄電池蓋注液孔內(nèi)徑大部分也減小了。接著，將電池倒置放進(jìn) -40 ℃ 的低溫箱里。3.5 h 后取出電池，撬開排氣栓觀察，A、B、C、D 均有酸液流出，但是酸量大小排序?yàn)?C＞A＞D＞B。

然后，將酸液擦干凈，又放進(jìn) -40 ℃ 的低溫箱里倒置。經(jīng)過 17 h 后拿出撬開排氣栓觀察，A、B、C、D 均有酸液流出，但是 A、C 比 B、D 溢出的酸液要多，B、D 里幾乎沒有溢出酸液，且此次取出后 A、B、C、D 溢出的酸液相比于放置 3.5 h后取出時(shí)溢出的酸液量少。

在高溫試驗(yàn)中，將電池倒置放進(jìn) 55 ℃ 的高溫箱中。3 h 后取出電池撬開排氣栓觀察，A、B、C、D 均有酸液滲出，酸量大小排序?yàn)?C＞A＞D＞B。

表3 排氣栓凸起圓外徑尺寸

表4 蓄電池蓋注液孔內(nèi)徑尺寸

3 結(jié)論

我們本著不改變電池結(jié)構(gòu)和不增加零部件的原則，對(duì)排氣栓進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的排氣栓滿足過盈配合，且盡量降低變形量。使用新排氣栓的電池在靜止倒置狀態(tài)下不會(huì)滲液。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，電池在過充電、振動(dòng)和高低溫倒置過程中新排氣栓比舊排氣栓對(duì)滲液有明顯改善。

[1]成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2016.

[2]商學(xué)來. 公差配合與測量技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2012.

[3]中國人民解放軍總裝配部. 裝甲車輛用鉛酸蓄電池規(guī)范: GJB 1724A—2009[S].