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沈陽(yáng)鉛酸蓄電池失效的主要原因和分析

2020-06-10  來(lái)自: 沈陽(yáng)海川能源科技有限公司 瀏覽次數:1699

     鉛酸蓄電池失效可能有多種原因造成的,例如硫化、失水、熱失控、活性物質(zhì)脫落、極板軟化等等,接下來(lái)沈陽(yáng)鉛酸蓄電池的小編將一一為大家介紹和分析。

1.硫化 

鉛酸蓄電池充放電的過(guò)程是電化學(xué)反應的過(guò)程,放電時(shí)生成硫酸鉛,充電時(shí)硫酸鉛還原為氧化鉛。這個(gè)電化學(xué)反應過(guò)程,正常情況下是循環(huán)可逆的,但硫酸鉛是一種容易結晶的鹽化物,當電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過(guò)高或靜態(tài)閑置時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí),就會(huì )"抱成"團,結成小晶體,這些小晶體再吸引周?chē)牧蛩徙U,就像滾雪球一樣形成大的惰性結晶,這就破壞了原本可逆的循環(huán),導致硫酸鉛部分不可逆。

結晶后的硫酸鉛充電時(shí),不但不能再還原成氧化鉛,還會(huì )吸附在柵板上,造成了柵板工作面積下降,鉛酸蓄電池發(fā)熱失水,鉛酸蓄電池容量下降,這一現象叫硫化。硫化還會(huì )導致短路、活性物質(zhì)松弛脫落、柵板變形斷裂等"并發(fā)癥"。

只要是鉛酸蓄電池,在使用的過(guò)程中都會(huì )硫化,但其它領(lǐng)域的鉛酸電蓄池,卻比電動(dòng)自行車(chē)上使用的鉛酸蓄電池有著(zhù)更長(cháng)的壽命,這是因為電動(dòng)車(chē)的鉛酸蓄電池,有著(zhù)一個(gè)更容易硫化的工作環(huán)境。

與汽車(chē)用啟動(dòng)電池不同,汽車(chē)電池點(diǎn)火放電后,電池始終處于浮充狀態(tài),放電形成的硫酸鉛很快又被轉化為氧化鉛。而電動(dòng)車(chē)放電時(shí),不可能同時(shí)進(jìn)行充電,這就造成硫酸鉛大量堆集,如果深放電,這時(shí)硫酸鉛濃度更高,而且電動(dòng)車(chē)騎行后很難有條件及時(shí)充電,放電形成的硫酸鉛不能及時(shí)充電轉化為氧化鉛,就會(huì )形成結晶。

一些鉛酸蓄電池在做70%的1C充電和60%的2C放電中,由于采用連續大電流循環(huán),破壞了電池生成大硫酸鉛結晶的條件,所以可能看不到鉛酸蓄電池硫化對電池的破壞。

如果試驗中途停頓,鉛酸蓄電池硫化的問(wèn)題就會(huì )顯現。由于電池重量大,一些用戶(hù)經(jīng)常采取電池經(jīng)過(guò)多次使用放完電才再次充電,這樣電池放電以后沒(méi)有及時(shí)充電,鉛酸蓄電池硫化就比較嚴重。

另外,鉛酸蓄電池的硫酸比重比較高,也是鉛酸蓄電池硫化的重要因素。而鉛酸蓄電池硫化,破壞了負極板氧循環(huán)的能力,形成加速失水。這樣,鉛酸蓄電池的硫酸比重更加高,導致更加容易導致鉛酸蓄電池硫化。所以,鉛酸蓄電池硫化的程度可能不同,但是對鉛酸蓄電池的壽命影響卻是普遍的。

2.失水 

密封鉛酸蓄電池的較基本原理之一就是正極板析氧以后,氧氣直接到負極板與負極板的析氫還原為水,考核鉛酸蓄電池這個(gè)技術(shù)指標的參數叫做"密封反應效率",這種現象叫做"氧循環(huán)"。這樣,鉛酸蓄電池的失水很少,實(shí)現了"免維護",就是免加水。但密封鉛酸蓄電池的這種氧循環(huán)在電動(dòng)自行車(chē)上卻被破壞,導致電池大量失水。

為了滿(mǎn)足電池在8小時(shí)以?xún)瘸錆M(mǎn)電,所以在三段式恒壓限流充電中,如36伏充電器的恒壓為44.4伏,3個(gè)單體電池共有18個(gè)單格,折合單格電壓就為2.466V。這樣,大大超過(guò)電池正極板析氧電壓的2.35V和負極板析氫電壓的2.42V。

一些充電器制造商的產(chǎn)品為了降低充電時(shí)間的指示,提高了恒壓轉浮充的電流,而使得充電指示充滿(mǎn)電以后,還沒(méi)有充滿(mǎn)電,就靠提高浮充電壓來(lái)彌補。這樣,很多充電器的浮充電壓超過(guò)單格電壓2.35V,這樣在浮充階段還在大量析氧。而鉛酸蓄電池的氧循環(huán)又不好,這樣在浮充階段也在不斷的排氣。

所以,鉛酸蓄電池硫化加重了失水,失水又加重了硫化。對用戶(hù)而言,"密封"是必要的,否則酸液溢出的后果不堪設想,但在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域,過(guò)分地推廣"免維護"的概念是不合適的。

3.熱失控

鉛酸蓄電池在充入電量達到70%以后,鉛酸蓄電池的極化電壓相對比較高,充電的副反應開(kāi)始逐步增加,電解水開(kāi)始了。在充電的單格電壓達到2.35V以后,首先正極板析氧,在達到2.42V以后,負極板開(kāi)始析氫。這時(shí)候充電的電能轉變?yōu)榛瘜W(xué)能減少,轉變?yōu)殡娊馑哪芰吭黾?。充電過(guò)程的是否析氣取決于充電電壓,析氣量取決于達到析氣電壓以后的充電電流。

所以,在充電過(guò)程中,充電電壓在進(jìn)入恒壓以后,電壓開(kāi)始接近于較高,充電電流也保持限流值。這時(shí)候析氣量較大。在進(jìn)入恒壓以后,充電電流應該逐步下降,析氣量也應該逐步下降。充電本身是放熱反應,一般鉛酸蓄電池的熱設計是可以控制溫升的。

在鉛酸蓄電池大量析氣以后,氧氣在負極板復合為水,發(fā)熱量遠遠大于充電時(shí)的發(fā)熱。密封鉛酸蓄電池希望負極板具有良好的氧循環(huán)能力,但是,氧循環(huán)會(huì )產(chǎn)生 發(fā)熱。所以,氧循環(huán)是一把雙刃劍,好處是減少了水損失,壞處是電池會(huì )發(fā)熱。

在恒壓充電的條件下,氧循環(huán)電流也參與了充電電流,所以充電電流下降速率放緩。而鉛酸蓄電池發(fā)熱,會(huì )引起充電電流下降速率更加緩慢,甚至電流反升。而充電電流在電池發(fā)熱的作用下,一旦電流反升,又增加了發(fā)熱。這樣,充電電流一直會(huì )上升到限流值。電池發(fā)高熱,并且積累熱,一直到電池外殼發(fā)生熱軟化變形。而電池的熱變形時(shí),內部氣壓高,所以呈現電池時(shí)鼓脹的。

這就是電池熱失控而損壞電池。鉛酸蓄電池一旦出現嚴重鼓脹,漏酸和漏氣的問(wèn)題也出現了,鉛酸蓄電池會(huì )出現急性失效。誘發(fā)電池鼓脹的原因有很多。如果充電電壓高,析氣量大,會(huì )產(chǎn)生熱失控。

如果某一組電池或者某一個(gè)單格電池發(fā)生嚴重落后,而充電的恒壓值不變,其他的單格電池也會(huì )出現充電電壓相對過(guò)高,也會(huì )產(chǎn)生熱失控問(wèn)題。為降低電池的熱失控機率,很多充電器廠(chǎng)家將恒壓值降低至43伏,這也必然導致欠充。

因此在夏季環(huán)境溫度較高的條件下,由于析氣電平的下降,析氣量最近,同時(shí)溫升也高。這樣膠體鉛酸蓄電池進(jìn)入熱失控的概率就大得多了。

4.活性物質(zhì)脫落、極板軟化

鉛酸蓄電池正極板活性物質(zhì)的有效成分是氧化鉛,氧化鉛分α-PbO2和β-PbO2,其中,α-PbO2物理特性堅硬,容量比較小,以多孔狀附著(zhù)在極板,用于擴大極板面積和支撐極板;β-PbO2依附α-PbO2構成的骨架上面,其荷電能力比α-PbO2強很多,氧化鉛放電放電以后形成硫酸鉛,充電時(shí)硫酸鉛又還原為氧化鉛,但在強酸環(huán)境中硫酸鉛只能夠生成β-PbO2,活性物質(zhì)脫落就是α-PbO2脫落。造成活性物質(zhì)脫落的原因很多:

①鉛酸蓄電池極板活性物質(zhì)分布不均勻,造成放電時(shí)膨脹張力不同而脫落。

②鉛酸蓄電池過(guò)放電欠壓時(shí),β-PbO2大量減少,α-PbO2就會(huì )參與放電反應生成硫酸鉛。

③硫化結晶在極板上生長(cháng)的膨脹張力也會(huì )導致活性物質(zhì)脫落。正極板一旦出現軟化,起到支持作用的多孔結構就被破壞了,正極板的多孔被電池極板的壓力壓實(shí)了,就降低了參與反應的真實(shí)面積,鉛酸蓄電池容量就下降了。這樣,防止過(guò)放電、抑制和消除硫化是控制正極板軟化的重要措施。放電的時(shí)候,每次放電,或多或少的總要有一點(diǎn)點(diǎn)α-PbO2參與反應。

所以,一個(gè)正常使用的鉛酸蓄電池,在不失水也不硫化,也沒(méi)有過(guò)放電的情況下,電池的壽命就取決于正極板軟化。電池容量受活性物質(zhì)和利用率影響。電動(dòng)車(chē)鉛酸蓄電池外形尺寸固定,極板的質(zhì)量已被限制到相應的程度,只有提高活性物質(zhì)的利用率,才能提高容量。

要提高鉛酸蓄電池容量,必然增加孔率,提高PbO2含量、硫酸比重,但是這些措施都會(huì )加速正極板的軟化,造成鉛酸蓄電池壽命加速衰減,充放電過(guò)程中活性物質(zhì)會(huì )產(chǎn)生膨脹、收縮(特別是正極板),放電深度越深,活性物質(zhì)膨脹收縮量越大,更加速活性物質(zhì)軟化。因此,初始容量偏大時(shí)直接影響鉛酸蓄電池壽命。

5.短路

鉛酸蓄電池的短路,指鉛電池內部正負極群相連。為了增加鉛酸蓄電池的容量,目前電動(dòng)車(chē)鉛酸蓄電池電池的極板數量普遍采用增加極板方式,這就導致隔板相對比其他電池的隔板薄一些,負極板的硫酸鉛結晶長(cháng)大,充電以后出現少量硫酸鉛殘留在隔板中,殘留在隔板中的硫酸鉛一旦被還原稱(chēng)為鉛,積累多了,鉛酸蓄電池電池就會(huì )出現微短路,這種現象叫做"鉛枝搭橋"。

微短路輕的產(chǎn)生該單格電壓落后,嚴重的時(shí)候會(huì )出現單格短路。極板上活性物質(zhì)膨脹脫落,也會(huì )造成正負極板相連。

6.均衡問(wèn)題

不少鉛酸蓄電池在單體測試中,可以獲得比較好的結果,但是,對于串連鉛酸蓄電池組來(lái)說(shuō),由于容量差、開(kāi)路電壓差等原始配組誤差,充電時(shí)電壓高的電池會(huì )增加失水,電壓低的電池會(huì )欠充電,放電的時(shí)候,電壓低的會(huì )出現過(guò)放電,形成鉛酸蓄電池硫化。隨著(zhù)充放電的循環(huán),鉛酸蓄電池硫化的單體更易硫化,這個(gè)差異被擴大,最終影響整組電池壽命。

7.無(wú)法充電

12V鉛酸電池的終止放電電壓為10.5伏,如果強行放電至終止電壓以下,鉛酸蓄電池就有較大的機率失去再充電能力。電動(dòng)車(chē)的控制器內都有一個(gè)保護裝置,當鉛酸蓄電池達到終止電壓時(shí),保護裝置會(huì )強行斷開(kāi)電路,但如果這個(gè)保護裝置出現上漂移時(shí),或者斷電后電池出現電壓回升,保護裝置就無(wú)法正確判斷。

8.鉛酸蓄電池自行放電

充足電的鉛酸蓄電池放置不用,逐漸失去電量的現象,稱(chēng)之自行放電。自行放電是不可避免的,在正常情況下,每天放電率不應超過(guò)0.35%~0.5%。鉛酸蓄電池自行放電的主要原因:

①極板或電解液中含有雜質(zhì),雜質(zhì)與極板間或不同雜質(zhì)間產(chǎn)生了電位差,變成一個(gè)局部電池,通過(guò)電解液構成回路,產(chǎn)生局部電流,使鉛酸蓄電池放電。

②隔板破裂,導致正負極板短路。

③鉛酸蓄電池殼表面上有電解液或水,在極樁間成為導體,導致鉛酸蓄電池放電。

④活性物質(zhì)脫落過(guò)多,并沉積在電池底部,使極板短路造成放電。

    以上就是沈陽(yáng)鉛酸蓄電池的小編給大家分享的內容,想要了解更多,歡迎來(lái)電咨詢(xún)我們。




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