关于电池渗酸问题的探讨

于丽华，牛冀辉，刘明，朱红英，袁晓桐，闫娜，霍玉龙

（风帆有限责任公司，河北 保定 071057）

0 引言

近年来，随着工业的不断发展，对铅酸蓄电池的需求越来越大，对质量要求越来越高。为了满足市场需求，降低产品使用安全隐患，提高产品可靠性，我们针对某款电池在使用过程中存在的渗酸现象进行原因分析，研究发现存在此现象的主要原因为排气栓变形，和零部件配合不紧密。

1 原因分析

1.1 配合问题

图1 和图 2 所示分别为电池盖和排气栓。这种电池有 4 个排气栓分别扣在电池盖上 A、B、C、D 4 个凹陷部位。酸液就是通过电池盖与排气栓接触的缝隙向外渗。虽然排气栓上的凸柱和蓄电池孔的尺寸都在公差范围内，但在同一接触部位存在轴小孔大现象，属于间隙配合而非过盈配合。轴主要指圆柱形的外表面；孔主要指圆柱形的内表面。从装配关系讲，孔是包容面，轴是被包容面，轴与孔的配合方式分为间隙配合、过盈配合和过渡配合[1]。在间隙配合中，孔的公差带在轴的公差带之上；在过盈配合中，孔的公差带在轴的公差带之下；在过渡配合中，孔的公差带与轴的公差带相互交叠。

1.2 排气栓变形

将塑料小颗粒加热成熔融状，通过压力注入模具中，制成栓体（图 3）和栓盖（图 4），然后栓体和栓盖冷却成型后，再经热封就成为排气栓。将栓体总长（尺寸 1）和栓体两凸起间距（尺寸 2）加以测量，结果如表 1 所示。热封后，栓体总长和两凸起的间距都有所减小。

图1 电池盖上部

图2 排气栓

图3 栓体

图4 栓盖

表1 排气栓尺寸 mm

热封后栓体总长发生变化，说明中心线发生了位移，排气栓整体呈现“凹”形，如图 5 测量栓盖底面变形值为（2.6±0.1）mm。在成型后的冷却过程中，由于热胀冷缩，栓盖两边冷却得快，中间冷却得慢，造成栓盖底面不平。栓体和栓盖热封过程又进一步加大了变形量。排气栓变形导致电池密封性差，酸液从缝隙处渗出。

图5 排气栓实物简图

2 解决方案及结果验证

2.1 解决方案

将排气拴体的 3 个柱的直径加大到 15.08～15.14 mm，继续沿用形位公差，使排气栓和蓄电池盖满足过盈配合。通过修改模具和工艺条件使热封后的排气栓平整。将排气栓放在玻璃板上时，如图5 所示的底面变形值应小于 0.6 mm。蓄电池大盖孔的毛刺需要被修掉，不得存在。

2.2 结果验证

2.2.1 零部件验证

试验前测量两个调整后的排气栓的底面变形值分别为 0.50 mm、0.57 mm，凸起圆柱相对于孔的过盈量为 0.24 mm，圆柱度[2]为 0.02 mm。试验过程中将调整前后的排气栓同时进行操作，将蓄电池盖和排气栓安装在一起，用透明胶带将蓄电池盖上面的圆柱缠好，防止液体从开口处流出，往蓄电池盖内部的圆柱上加入 2 mm 高的蓝墨水，静置观察（见图 6）。6 h 后对比发现，调整后的产品未出现渗液现象（见图 7）。

2.2.2 成品电池验证

将蓄电池大盖孔毛刺修剪掉后，装成成品电池。对电池分别进行过充电、振动、低温和高温试验，试验变量设置如表 2 所示。

图6 静置试验

图7 排气栓调整前后渗液试验对比图（右边为调整前排气栓，左边为调整后排气栓）

表2 试验变量

图8 过充电渗酸图

在过充电试验中，充电方式为 7.5 A 恒流充电。充电 4 h 后，C 开始往外喷酸。这时把排气阀撬开看到，D 内有酸，A 内有少量酸，B 内有微量酸。在电池充电过程中，由于化学反应会放出热量，因此电池内电解液温度一直保持在 60～65 ℃（见图 8）。随后观察，C一直大量向外喷酸，撬开栓发现 A、B、C 内的酸量也一直增多，但酸量大小排序一直是 C＞D＞A＞B。

按 GJB 1724A—2009[3]常温振动 2 h 后，A、B、C、D 均有渗酸，渗酸量大小为 C＞A＞D＞B。

在低温试验中，首先对 25 ℃ 下和 -40 ℃ 下放置 5 h 的排气栓圆柱外径和蓄电池盖注液孔内径进行测量。由表 3 和表 4 可以看出，低温冷藏后排气栓圆柱外径减小了，蓄电池盖注液孔内径大部分也减小了。接着，将电池倒置放进 -40 ℃ 的低温箱里。3.5 h 后取出电池，撬开排气栓观察，A、B、C、D 均有酸液流出，但是酸量大小排序为 C＞A＞D＞B。

然后，将酸液擦干净，又放进 -40 ℃ 的低温箱里倒置。经过 17 h 后拿出撬开排气栓观察，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 里几乎没有溢出酸液，且此次取出后 A、B、C、D 溢出的酸液相比于放置 3.5 h后取出时溢出的酸液量少。

在高温试验中，将电池倒置放进 55 ℃ 的高温箱中。3 h 后取出电池撬开排气栓观察，A、B、C、D 均有酸液渗出，酸量大小排序为 C＞A＞D＞B。

表3 排气栓凸起圆外径尺寸

表4 蓄电池盖注液孔内径尺寸

3 结论

我们本着不改变电池结构和不增加零部件的原则，对排气栓进行改进。改进后的排气栓满足过盈配合，且尽量降低变形量。使用新排气栓的电池在静止倒置状态下不会渗液。经过试验验证，电池在过充电、振动和高低温倒置过程中新排气栓比旧排气栓对渗液有明显改善。

[1]成大先. 机械设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2016.

[2]商学来. 公差配合与测量技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2012.

[3]中国人民解放军总装配部. 装甲车辆用铅酸蓄电池规范: GJB 1724A—2009[S].