電池氣塞壓力測試系統的設計與應用

倪作恒++郭兆瑞

摘 要：針對電池氣塞檢測人工操作精度不高、檢測工藝方法落后，不適應當前的航天電源產品的生產過程質量控制及批產效率要求，開發研制了鋅銀電池氣塞壓力測試系統，通過新系統與老工藝方法的試驗，確定了合理的工藝參數，并進行了驗證，解決了鋅銀電池氣塞壓力自動檢測記錄的生產瓶頸問題。

關鍵詞：氣塞檢測；橡膠；工藝方法

0 引言

鋅銀蓄電池是用于運載火箭的主要電源，28V電池組由20個單體串聯組成，每個單體電池上安裝有氣塞，氣塞的氣壓閥是由橡膠圈彈性伸縮控制，氣塞壓力要求控制在40Kpa至80Kpa之間，以保證單體電池內部電解液在正常情況下不泄露，同時在放電過程中氣壓過高時能及時向外排出氣體。長期以來，該氣塞的檢測依靠人工判讀的檢測方式，即將氣塞接入U型管通路中，通過空壓機提供氣源，人工手工控制氣閥，逐漸調大進氣量，直至氣塞打開。上述檢測方式存在兩個方面的問題，一是人工判讀誤差較大，檢測精度不夠，難以準確把握氣塞實際打開壓力；二是檢測結果因人而異性大，導致測量結果偏差大；因此，需開發一套能自動檢測的氣塞壓力測試系統。

1 氣塞壓力測試系統設計

根據氣塞檢測的壓力范圍及要求，不能簡單復制原有的人工壓力檢測方式，原有方式人為控制氣閥，以進氣量控制氣塞打開壓力，存在相當的隨意性，因此在系統方案設計時考慮采用如下方式來完成氣塞壓力測試：

在氣塞回路中通過減壓閥給定40Kpa的低壓檢測壓力值，氣路壓力平衡后關閉進氣通道，測試回路中的氣壓的下降曲線，以一定時間后的氣壓下降值作為氣塞是否在40Kpa下打開的判定。如果氣塞在該狀態下通過檢測，即認為壓力高于40Kpa滿足使用要求，隨即打開進氣閥，通過減壓閥控制氣路壓力80Kpa，同樣以關閉進氣閥后的壓力下降曲線判定氣塞是否在該壓力下打開，最終給定氣塞壓力范圍是否在40Kpa至80Kpa之間。壓力測試的時間和壓力參數需要通過新老方法的對比試驗來最終確定。

系統采用PLC控制氣閥，工控機程序控制測試過程和數據記錄。氣塞壓力測試系統的外形圖見圖1。

系統具備八個通道同時檢測的能力，自動加壓完成低壓檢測和高壓檢測，動態監控壓力變化曲線，具備測試數據自動記錄和保存功能。

2 氣塞壓力測試系統的應用

整個壓力測試系統的應用關鍵是確定新系統的各項檢測參數，而參數的確定必須依托新老測試方法的數據對比分析。由于航天產品的質量可靠性及技術狀態控制的嚴格性，試驗必須充分，數據必須可靠才能正式應用。

2.1 試驗對象

試驗對象為橡膠圈式氣塞，氣塞螺紋外徑分別為M4，氣塞要求滿足打開壓力在40Kpa～80Kpa范圍內。

2.2 試驗步驟

試驗具體步驟如下：

（1）設定氣塞壓力測試系統初始參數，該參數確保合格與不合格氣塞樣品均能通過檢測，方便讀取系統測試壓力曲線。

（2）先通過老工藝方法進行測試，記錄老方法的氣塞打開壓力。

（3）采用測試系統對同一氣塞進行壓力測試，分別記錄低壓和高壓數值。

（4）重復進行測試10～20次，對比新老工藝方法的測試結果，確定新系統的工藝參數。

（5）進行驗證試驗，確定是否需要修正工藝參數。

2.3 測試結果

對M4 氣塞先進行參數確定試驗，設定檢測壓力低壓10kpa，高壓80kpa，檢測時間低壓10s，高壓10s，試驗見表1。

（下轉第140頁）

（上接第138頁）

根據試驗數據，低壓合格與不合格的臨界測試壓力的最低值在28kpa，高壓合格與不合格的臨界測試壓力在67kpa左右，因此確定M4檢測壓力參數為低壓28kpa、高壓67kpa。雖有臨界合格氣塞壓力高壓最低檢測達到73.7kpa，但由于老設備的檢測精度不高，且氣塞為橡膠制品，存在不穩定性，檢測參數宜緊不宜松。

隨后對上述參數設定合理性進行了驗證性試驗，即將參數設定為低壓30kpa、高壓67kpa，壓力保持時間均為10s。先進行系統自動檢測，隨后進行老工藝方法對檢測結果的驗證，驗證試驗數據見表2。

通過表2數據表明，工藝參數確定合理，不需要再進行調整參數進行試驗。

3 試驗結果討論

電池氣塞壓力測試系統的設計盡管改變了原有的測試方式和流程，但通過新老工藝試驗方法試驗數據表明，測試系統設計合理，在測試實現自動化的同時，相比原有方式具有以下優點：

（1）8通道同時檢測將大幅提升檢測效率，適應批產檢測；

（2）測試精度得到提升，避免了原有工藝人工判讀數據帶來的測試誤差；

（3）檢測數據記錄可查，增加了產品過程質量控制，適應航天產品過程數據包絡分析；

（4）降低了人員工作強度。

4 結語

該系統實現了鋅銀電池生產過程氣塞的自動檢測，一定程度上彌補了鋅銀電池生產過程自動化測試水平。目前，該設備已成功應用于各種氣塞規格的檢測，后續也可推廣至其他電池氣塞檢測中。endprint