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電動(dòng)自行車電池的失效現(xiàn)象和原因 (二)

m.guilinhy.com 來源：電動(dòng)車商情網(wǎng)　　　電動(dòng)車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動(dòng)車維修時(shí)間：2005-9-1 1

摘要：通過對(duì)電動(dòng)自行車使用的閥控密封式鉛酸蓄電池主要的失效分析，探討了降低電池失效率采取的一些有效方法，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車鉛酸蓄電池保用2年的夢(mèng)想。第二是電池的硫化問題在解剖失效電池中，單純硫化失效的電池不是很多，但是，幾乎所有的電池都不同程度的存在著硫化。一些電池在做70%的1C充電和60％的2C放電中，由于采用連續(xù)大電流循環(huán)，破壞了電池生成大硫酸鉛結(jié)晶的條件，所以可能看不到硫化對(duì)電池的破壞。如果試驗(yàn)中途停頓，電池硫化的問題就會(huì)顯現(xiàn)。由于電池重量大，一些用戶經(jīng)常采取電池經(jīng)過多次使用放完電才再次充電，這樣電池放電以后沒有及時(shí)充電，電池的硫化就比較嚴(yán)重。另外，電池的硫酸比重比較高，也是硫化的重要因素。而電池的硫化，破壞了負(fù)極板氧循環(huán)的能力，形成更加容易失水。這樣，電池的硫酸比重更加高，導(dǎo)致更加容易硫化。所以，電池硫化的程度可能不同，但是對(duì)電池的壽命影響也是不可忽略的。第三是漏酸問題在電池密封和排氣閥沒有問題的時(shí)候，也會(huì)出現(xiàn)漏液。很多電池在灌酸以后，電池處于富液狀態(tài)，電池沒有氧循環(huán)。電池處于開口狀態(tài)的三充二放把多余的電解液排出。硫酸比重再次提高。在蓋(Guy)排氣閥的時(shí)候，電解液沒有吸光，還存在游離酸。即使把游離酸吸光，電池還是處在“準(zhǔn)貧液”狀態(tài)。隔板中的電解液相對(duì)要多一些。而隔板中稍多的電解液影響氧循環(huán)，這樣，對(duì)新電池進(jìn)行充電的時(shí)候，排氣量比較大，帶出的硫酸比較多。形成“漏酸”。而膠體電池前50～100個(gè)循環(huán)，電池處于富液到貧液的轉(zhuǎn)換期，排氣比較嚴(yán)重，排氣帶出膠體微粒形成了“漏酸”。第四是正極板軟化問題正極板活性物質(zhì)的有效成分是氧化鉛，氧化鉛分α－PbO2和β－PbO2，其中，α－PbO2是活性物質(zhì)的骨架，容量比較小；β－PbO2依附α－PbO2構(gòu)成的骨架上面，其荷電能力比α－PbO2強(qiáng)很多。氧化鉛放電以后輸出硫酸鉛，充電時(shí)硫酸鉛生產(chǎn)氧化鉛。而充電的時(shí)候，在強(qiáng)酸環(huán)境中只能夠生成β－PbO2。所以電池深放電以后，一旦具有骨架作用的α－PbO2參與放電生成硫酸鉛以后，就再也不能夠恢復(fù)成為α－PbO2，而充電只能生成β－PbO2。正極板軟化就出現(xiàn)了。正極板一旦出現(xiàn)軟化，起到支持作用的多孔結(jié)構(gòu)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(yīng)的真實(shí)面積，電池容量就下降了。這樣，防止過放電就是控制正極板軟化的重要措施。而這個(gè)是控制器的欠壓保護(hù)。如果欠壓保護(hù)電壓過低，電池就會(huì)出現(xiàn)過放電，一些α－PbO2參與放電，就會(huì)出現(xiàn)正極板軟化。放電的時(shí)候，如果連續(xù)放電電流比較大，深層的β－PbO2來不及參與放電反應(yīng)，外層的α－PbO2就要參與放電反應(yīng)，這樣，也會(huì)形成正極板軟化。所以控制器中的限流參數(shù)也非常重要。電摩的放電電流相對(duì)比較大，差不多在1C左右放電，加上放電深度相對(duì)比較深，所以非常容易產(chǎn)生正極板軟化。每次放電，或多或少的總要有一點(diǎn)點(diǎn)α－PbO2參與反應(yīng)。所以，一個(gè)正常使用的電池，在不失水也不硫化，也沒有過放電的情況下，電池的壽命就取決于正極板軟化。第五就是電池均衡問題電池不均衡主要有兩種表現(xiàn)形式，其一是某單只電池容量低，其二是電池荷電容量低。第二種情況是說該電池的容量并不低，但是該電池沒有充滿電。第一種情況是該電池放電的時(shí)候，提前反應(yīng)電壓下降的快，充電的時(shí)候電壓上升也快。第二種情況是充電荷放電電池的電壓都低。其縮短電池壽命的原因如下： 1、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； 2、放電的時(shí)候，電壓低的會(huì)出現(xiàn)過放電，形成電池正極板軟化。這樣，容量低的電池在每次放電的時(shí)候放電深度比其他電池深度深，所以正極板軟化的快。二充電電壓高的失水，充電電壓低的欠充電。如果一只電池荷電少，就存在充電少，放電深的問題。這樣該電池就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生正極板軟化荷硫化的問題。產(chǎn)生電池不均衡的原因如下： 1、對(duì)串連電池組的組配不好，存在著容量差和開路電壓差，這是原始就有誤差的問題； 2、電池開閥壓有差別，失水不同，形成后天電池的容量差； 3、電池的自放電不同，逐步形成荷電容量的差異； 4、失水不同，形成電池實(shí)際的硫酸比重不同，形成開路電壓差； 5、電池壽命差，在后期反應(yīng)一只電池容量下降，影響其他電池的正常狀態(tài)。要改進(jìn)電池的不均衡問題，首先就要改善電池在制造期間的工藝一致性問題。這也是國內(nèi)多數(shù)電池制造商的主要問題。例如，最好的電池制造商的板柵是采用壓鑄的，而國內(nèi)相當(dāng)多的電池制造商連鑄板機(jī)都沒有，還是手工澆鑄。第六是熱失控密封電池的最基本原理之一就是正極板析氧以后，氧氣直接到負(fù)極板，被負(fù)極板吸收而還原為水，考核電池這個(gè)技術(shù)指標(biāo)的參數(shù)叫做“密封反應(yīng)效率”，這種現(xiàn)象叫做“氧循環(huán)”。這樣，電池的失水很少，實(shí)現(xiàn)了“免維護(hù)”，就是免加水。為此，都要求負(fù)極板容量做的比正極板容量大一些，叫做負(fù)極過渡。電池在充入電量達(dá)到70％以后，電池的極化電壓相對(duì)比較高，充電的副反應(yīng)開始逐步增加。電解水開始了。在充電的單格電壓達(dá)到2.35V以后，首先正極板析氧，在達(dá)到2.42V以后，負(fù)極板開始析氫。這時(shí)候充電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能減少，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑哪芰吭黾印３潆娺^程的是否析氣取決于充電電壓，析氣量取決于達(dá)到析氣電壓以后的充電電流。所以，在充電過程中，充電電壓在進(jìn)入恒壓以后，電壓開始接近于最高，充電電流也保持限流值。這時(shí)候析氣量最大。在進(jìn)入恒壓以后，充電電流應(yīng)該逐步下降，析氣量也應(yīng)該逐步下降。充電本身是放熱反應(yīng)，一般電池的熱設(shè)計(jì)是可以控制溫升的。在電池大量析氣以后，氧氣在負(fù)極板復(fù)合為水，發(fā)熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于充電時(shí)的發(fā)熱。密封電池希望負(fù)極板具有良好的氧循環(huán)能力，但是，氧循環(huán)也會(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。如果電池發(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下降。而電池發(fā)熱，會(huì)引起充電電流下降速率降低，甚至?xí)痣娏鞣瓷６潆婋娏髟陔姵匕l(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(nèi)部氣壓高，所以呈現(xiàn)電池鼓脹，這就是電池?zé)崾Э囟鴵p壞電池。電池一旦出現(xiàn)嚴(yán)重鼓脹，漏酸和漏氣的問題也出現(xiàn)了，電池會(huì)出現(xiàn)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(yán)重落后，而充電的恒壓值不變，其他的單格電池也會(huì)出現(xiàn)充電電壓相對(duì)過高，也會(huì)產(chǎn)生熱失控問題。第七是電池異常故障為了增加電池的容量，目前電動(dòng)自行車電池的隔板相對(duì)比其他電池的隔板薄一些，負(fù)極板的硫酸鉛結(jié)晶長大，充電以后出現(xiàn)少量硫酸鉛遺留在隔板中，遺留在隔板中的硫酸鉛一旦被還原稱為鉛，積累多了，電池就會(huì)出現(xiàn)微短路。這種現(xiàn)象叫做“鉛枝搭橋”。產(chǎn)生這種微短路，輕的產(chǎn)生該單格電壓落后，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)單格短路。這種現(xiàn)象不僅僅出現(xiàn)在膠體電池中，在普通的AGM電池中也會(huì)出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)電池的單格嚴(yán)重落后，電池還很容易出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象。還有就是極群組裝虛焊問題。容易產(chǎn)生虛焊的地方是極板。而每個(gè)電池的單格有15片極板，就是15個(gè)焊點(diǎn)，一個(gè)電池有6個(gè)單格，就有90個(gè)焊點(diǎn)，一組電池由3個(gè)電池組成，就要270個(gè)焊點(diǎn)。如果一個(gè)焊點(diǎn)存在虛焊，該單格容量就下降，進(jìn)而該單格形成電池落后，形成整個(gè)電池都落后，電池就會(huì)形成嚴(yán)重的不均衡。就會(huì)使改組電池提前失效。如果虛焊率達(dá)到萬分之一，平均每37組電池就有一組電池存在這種虛焊，這是絕對(duì)不能夠允許的。而鉛鈣合金的電池，在焊接的時(shí)候會(huì)析出鈣而掩蓋(Guy)虛焊問題，這樣，很多電池制造商寧愿還采用低銻合金的板柵而沒有采用簡(jiǎn)單的鉛鈣合金。

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