铅酸蓄电池电池失效的主要原因和分析
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铅酸蓄电池的失效模式(朱松然)(2012-07-15 12:23:21)转载▼标签:分类:电池失效铅酸蓄电池在使用初期,随着使用时间的增加,其放电容量也增加,逐渐达到最大值;然后,随着放电次数的增加,放电容量减少。
电池在达到规定的使用期限时,对容量有一定的要求。
牵引电池的容量不得低于80%;对于启动电池,应不低于70%。
电动助力车电池标准规定也为70%。
一、铅酸蓄电池的失效模式由于极板的种类、制造条件、使用方法有差异,最终导致蓄电池失效的原因各异。
归纳起来,铅酸蓄电池的失效有下述几种情况:1、正极板的腐蚀变型目前生产上使用的合金有3类:传统的铅锑合金,锑的含量在4%~7%质量分数;低锑或超低锑合金,锑的含量在2%质量分数或者低于1%质量分数,含有锡、铜、镉、硫等变型晶剂;铅钙系列,实际为铅—钙-锡-铝四元合金,钙的含量在0.06%~0.1%质量分数。
上述合金铸成的正极板栅,在蓄电池充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅,最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效;或者由于二氧化铅腐蚀层的形成,使铅合金产生应力,使板栅长大变形,这种变形超过4%时将使极板整体遭到破坏,活性物质与板栅接触不良而脱落,或在汇流排处短路。
2、正极板活性物质脱落、软化除板栅长大引起活性物质脱落之外,随着充放电反复进行,二氧化铅颗粒之间的结合也松弛,软化,从板栅上脱落下来。
板栅的制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素,都对正极板活性物质的软化、脱落有影响。
3、不可逆硫酸盐化蓄电池过放电并且长期在放电状态下贮存时,其负极将形成一种粗大的、难以接受充电的硫酸铅结晶,此现象称为不可逆硫酸盐化。
轻微的不可逆硫酸盐化,尚可用一些方法使它恢复,严重时,则电极失效,充不进电。
4、容量过早的损失当低锑或铅钙为板栅合金时,在蓄电池使用初期(大约20个循环)出现容量突然下降的现象,使电池失效。
5、锑在活性物质上的严重积累正极板栅上的锑随着循环,部分地转移到负极板活性物质的表面上,由于H+在锑上还原比在铅上还原的超电势约低200mV,于是在锑积累时充电电压降低,大部分电流均用于水分解,电池不能正常充电因而失效。
最全面铅酸蓄电池常见故障和机理分析快点动力新能源1、反极的现象及原因铅酸蓄电池的反极系指蓄电池的正负极发生了改变,反极现象反映在两个方面,一是由于铅蓄电池在装配组装时某单格电池极群组接反或整个电池极群组接反。
这种情况下会出现铅酸蓄电池灌完酸用电压表测量端电压时其端电压值小于各单体蓄电池额定电压之和的现象或出现端电压为负的现象。
另一方面是铅蓄电池在容量放电时在多个串联使用中,由于某个蓄电池(或某单体蓄电池)容量较低或完全丧失容量。
在放电时这个电池很快被放完电被其它电池进行反充电,使原来的负极变成正极,原来的正极变成负极,端电压出现负值的现象。
对于前一种反极故障,在测量蓄电池端电压时(多个单体电池组成的蓄电池)都可发现,若有一个单体电池反极,不仅失去该电池的2 V电压,而且还要增加2 V反电压,端电压要降低4V左右。
例如,对于额定电压为12 V的电池,如测量其端电压为8 V左右,说明有1个单格电池反极。
如测量其端电压为4 V左右说明有2个单格反极,如测量其端电压为-4 V左右说明有4个单格反极,如测量其端电压为-12 V说明6个单格均反极。
对于后一种反极故障,其端电压值(负值)随放电情况而不同。
一般在检测时,对于这种情况要及时将蓄电池从放电线路中摘除下来,以免对蓄电池有所损坏。
2、短路现象及原因铅酸蓄电池的短路是指铅酸蓄电池内部正负极群相连。
铅酸蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面:(1)开路电压低,闭路电压(放电)很快达到终止电压。
(2)大电流放电时,端电压迅速下降到零。
(3)开路时,电解液密度很低,在低温环境中电解液会出现结冰现象。
(4)充电时,电压上升很慢,始终保持低值(有时降为零)。
(5)充电时,电解液温度上升很高很快。
(6)充电时,电解液密度上升很慢或几乎无变化。
(7)充电时不冒气泡或冒气出现很晚。
造成铅酸蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面:(1)隔板质量不好或缺损,使极板活性物质穿过,致使正、负极板虚接触或直接接触。
【关键字】论文《铅酸蓄电池学术论文集锦1》1、铅酸蓄电池的硫化与修复原理1、何为硫化蓄电池内部极板的表面上附着一层白色坚硬的结晶体,充电后依旧不能剥离极板表面转化为活性物质的硫酸铅,这就是硫酸盐化,简称为“硫化”。
2、硫化表象电池内阻增大,充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压,电流越大越明显。
酸液密度低于正常值。
放电容量下降,放电电流越大容量下降越明显。
充电时有产生气泡,充电温升增快,严重时可导致充不进电。
3、硫化的生成根据蓄电池的双硫酸盐化理论,蓄电池在每次放电后,正负极板的不同活性物质均转变为硫酸铅,充电后各自复原回不同的活性物质。
而经常过放电、小电流深放电、低温大电流放电、补充电不及时、充电不充足、酸液密度过高、电池内部缺水、长期搁置时,极板表面的硫酸铅堆积过量且在电解液中溶解,呈饱和状态,这些硫酸铅微粒在温度、酸浓度的波动下,重新结晶析出在极板表面。
由于多晶体系倾向于减小其表面自由能的结果,重组析出后的结晶呈增大、增厚趋势。
由于硫酸铅是难溶电解质,重组后的结晶体其比表面积减小,在电解液中的溶解度和溶解速度降低。
硫酸铅附着在极板表面和微孔中阻碍了电池的正常扩散反应,且硫酸铅电导不良阻值大,致使电池在正常的充电中欧姆极化、浓差极化增大,充电接受率降低,在活性物质尚未充分转化时已达极化电压产生水分解,电池迅速升温使充电不能继续下去进而活性物质转化不完全,因而成为容量降低和寿命缩短的原因。
4、如何防止电池产生硫化每次放电后及时补充电且要充足电,尤其是大电流放电后一定要及时补充电。
在小电流放电时尽量控制放电深度,小电流深放电产生的硫酸铅过于致密,放电后充电采取小电流长时间。
对于低温大电流放电后,要采取多充电量百分之三十来恢复容量。
长期搁置的电池,要先充足电后再搁置,在搁置每两个月适当补充电一次。
5、几种电池硫化修复的方法1)水疗法对已硫化电池,可以先将电池放电,倒出原电解液并注入密度在1.10g/cm3以下较稀电解液,即向电池中加水稀释电解液,以提高硫酸铅的溶解度。
车用铅酸蓄电池的失效分析与正确使用维护针对铅酸蓄电池作为车辆的起动电源应该广泛,易于损坏的特点,介绍了铅酸蓄电池的工作原理,分析了其常见的失效原因,并据此提出了铅酸蓄电池正确使用与维护的原则,为提高铅酸蓄电池电池使用质量,延长其使用寿命提供参考。
标签:铅酸蓄电池;失效分析;正确维护蓄电池是车辆用电设备的动力源,充电时将电能转化为化学能储存在电池内,放电时将电池内存储的化学能转化为电能,车辆使用中为整车用电设备供电,同时在供电系统中还起到稳定电压的作用。
车用蓄电池通常分为铅酸蓄电池和镍碱蓄电池,现代车辆上广泛采用结构简单、内阻小,起动性能较好的铅酸蓄电池。
铅酸蓄电池使用的好坏不仅与电池本身质量有关,正确的使用和维护也能够显著提高蓄电池的使用寿命和效率。
1 铅酸蓄电池的结构和工作原理1.1 铅酸蓄电池的基本结构铅酸蓄电池主要由电池槽、正极板、负极板、隔板、联接条、极桩和电解液组成。
蓄电池的主要电能转换部件是正、负极板和电解液。
正、负极板采用具有较高强度和抗氧化性能的铅锑合金矩形框架,框内布置有纵横交错的金属网格。
正极板由棕色海绵状二氧化铅(PbO2)活性物质填充在网格中,负极板网格由青灰色海绵状纯铅(Pb)填充。
正、负极板相互嵌合,中间为防止短路,插入由塑料或玻璃纤维制成的网状隔板。
电池槽是由耐腐蚀的硬质塑料压铸而成,用来盛装电解液和正、负极板,12V蓄电池电解槽通常由6个单元格串联而成。
蓄电池的电解液是由纯净的蒸馏水和硫酸按照一定的比例配制而成,温度为20℃时,我国南方地区电解液比重γ为1.20~1.25g/cm3,北方地区其比重为1.28~1.30 g/cm3。
1.2 铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池工作是电能和化学能反复转换的过程。
蓄电池充电时,在外电场的作用下,在正负极板中的硫酸析出进入电解液,电解液中的硫酸浓度增加,同时正极板主要成分变为PbO2,负极板变为纯Pb。
在放电时,负极板Pb与电解液中的SO42-离子反应生成PbSO4,并释放电子经负载进入正极形成电流,同时正负极PbO2得到电子并与SO42-反应生成PbSO4,其反应可以用下式表示。
铅酸蓄电池常见故障分析与处理方法常见故障不良现象故障产生的原因故障的处理方法蓄电池充电不足1.静止电压低2.密度低,充电完毕后达不到规定要求3.工作时间短4.工作时仪表显示容量下降快1.充电器电压、电流设置过低2.初充电不足3.充电机故障1.调整,检修充电器2.蓄电池补充充电3.严重时需更换新电池蓄电池过充电1.注液盖篓色泽变黄,变红2.外壳变形3.隔板炭化、变形4.正极腐蚀、断裂5.极柱橡胶套管上升、老化、开裂6.经常补水,充电时电解液浑浊7.极板活性物质均匀脱落8.正极板爆管1.充电器电压,电流设置过高2.充电时间过长3.频繁充电4.放电量小而充电量大5.充电机故障1.调整,检修充电器2.调整充电制度3.严重时需更换新电池蓄电池过放电1.蓄电池静止电压低2.充电后电解液密度低3.正、负极板弯曲,断裂1.蓄电池充电不足而继续使用2.蓄电池组短路3.小电流长时间放电1.补充充电2.检修车辆3.严重时需更换新电池蓄电池短路1.静止电压在2V以下2.电解液密度过低3.充电时温度高4.叉车工作时间短1.极板弯曲变形短路2.隔板缺少或装配中破损3.正极活性物质脱落、底部短路需更换新电池断路1.外接负载通路时电压异常,不稳定2.充电时电流无法输入1.极柱或极板组装时焊接不良2.外部短路3.大电流放电4.连线接触不良或断开5.极板腐蚀1.需修理蓄电池2.必要时需更换新电池蓄电池添加电解液不当密度高时:1.充电后电解液密度≥1.300g/cm31.初加液密度过高或过低2.液面降低补液错误,没有按规定加入纯水,而是1.蓄电池换电解液2.严重时需更换新电池铅酸蓄电池热失控故障分析当电池处于充电状态时,电池温度发生一种积累性的增强作用。
当增温过程的热量积累到一定程度,电池端电压会突然出现降低,迫使电流骤然增大,电池温度高升而损坏蓄电池的现象称之为热失控。
1.故障现象充电时特别到了末期,充电器不转绿灯,同时电池严重发热,如果测量充电电流会发现电流很高可达到2A或2A以上。
铅酸蓄电池常见故障和机理分析一、铅酸蓄电池故障和一般机理1、反极的现象及原因铅酸蓄电池的反极系指蓄电池的正负极发生了改变,反极现象反映在两个方面,一是由于铅蓄电池在装配组装时某单格电池极群组接反或整个电池极群组接反。
这种情况下会出现铅酸蓄电池灌完酸用电压表测量端电压时其端电压值小于各单体蓄电池额定电压之和的现象或出现端电压为负的现象。
另一方面是铅蓄电池在容量放电时在多个串联使用中,由于某个蓄电池(或某单体蓄电池)容量较低或完全丧失容量。
在放电时这个电池很快被放完电被其它电池进行反充电,使原来的负极变成正极,原来的正极变成负极,端电压出现负值的现象。
对于前一种反极故障,在测量蓄电池端电压时(多个单体电池组成的蓄电池)都可发现,若有一个单体电池反极,不仅失去该电池的2 V电压,而且还要增加2 V反电压,端电压要降低4V左右。
例如,对于额定电压为12 V的电池,如测量其端电压为8 V左右,说明有1个单格电池反极。
如测量其端电压为4 V左右说明有2个单格反极,如测量其端电压为-4 V左右说明有4个单格反极,如测量其端电压为-12 V说明6个单格均反极。
对于后一种反极故障,其端电压值(负值)随放电情况而不同。
一般在检测时,对于这种情况要及时将蓄电池从放电线路中摘除下来,以免对蓄电池有所损坏。
2、短路现象及原因铅酸蓄电池的短路是指铅酸蓄电池内部正负极群相连。
铅酸蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面:(1)开路电压低,闭路电压(放电)很快达到终止电压。
(2)大电流放电时,端电压迅速下降到零。
(3)开路时,电解液密度很低,在低温环境中电解液会出现结冰现象。
(4)充电时,电压上升很慢,始终保持低值(有时降为零)。
(5)充电时,电解液温度上升很高很快。
(6)充电时,电解液密度上升很慢或几乎无变化。
(7)充电时不冒气泡或冒气出现很晚。
造成铅酸蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面:(1)隔板质量不好或缺损,使极板活性物质穿过,致使正、负极板虚接触或直接接触。
铅酸蓄电池失效的原理
铅酸蓄电池失效的主要原理是内部化学反应导致电极材料的损耗、负极表面的硫化和阳极表面的钝化。
这些过程导致电池的电极材料无法再存储或释放电能,从而导致电池失效。
以下是具体原因:
1. 自放电:电池处于放电状态,即使未连接负载,也会自行耗电,称为自放电。
随着时间的推移,自放电会逐渐耗尽电池的能量,进而导致电池失效。
2. 腐蚀:长时间的充电和放电过程会导致电极材料的腐蚀和损耗,从而降低了电池的电性能。
3. 硫化:负极表面上的铅蓝会在充电和放电过程中分解,并形成硫化铅。
这些硫化物会堵塞电极孔,在电池内形成电化学障碍,导致电池无法正常运行。
4. 钝化:阳极表面上的氧化物会在反复充放电过程中逐渐分解,形成钝化铅层。
这会导致阳极表面的活性降低,进而降低电池的效率和性能。
总之,铅酸蓄电池失效的原理是一系列化学反应导致电极材料的损耗和电池内部化学障碍。
这些反应的速度和程度受到很多因素的影响,如温度、充电和放电次数、充电速度、负载匹配等。
因此,在使用铅酸蓄电池时,需要注意保持适宜的充放电状态和使用条件,为延长电池寿命提供最佳保障。
铅酸蓄电池常见损坏原因和实际修复效果随着全球对环保的逐渐重视,国家对节能减排的力度的不断加大,以及各个通信企业不断强化精细化管理,降低企业的经营成本,更多的体现企业的社会责任感和贡献于社会的迫切愿望,作为通信网络基础的铅酸电池利旧,成为一个重要课题。
原有的电池活化技术修复率低,周期长,不能满足要求。
随着技术的进步,一种新的电池活化技术应运而生,它具有修复率高,修复周期短,安全环保的特点,在没有物理损伤的情况下,基本容量可恢复在90%以上,是一种值得推广和应用的新技术。
下面就从电池损坏原因,普遍应用的电池修复技术,新电池修复技术的特点方法,几个方面对这种新技术进行比较和剖析。
(注;本产品适用于所有铅酸电池,包括各种车辆,电力,金融,通信等行业,本文以通信行业为例作以简单介绍,不详之处请与指正。
)以下就电池的损坏及达不到理论设计寿命的原因,基本上归结为以下几点,供参考:1.电池硫酸结晶化严重上图为百万倍显微镜下的硫酸盐结晶形态上图为硫酸盐在极板表面形成的结晶化状态电池漏液在极柱周围形成的硫酸盐团块导致极柱松动2.失水严重左图为由于失水严重导致极板上硫酸盐脱落在壳体内堆积右图为由于失水严重导致极板断栅,断格等物理损伤3.物理损伤上图为连接栅部分脱落上图为正极板严重腐蚀导致断裂上图为负极板与连接栅完全断裂上图为极板断格现象上图为极板出现的物理损伤上图为极板弯曲现象随着电池使用年数的增加使硫酸盐变得粗大化逐渐吸附在极板上,使内阻增大,极板的有效面积减少,有效负荷电压逐渐低下,因此大部分极板损伤的原因也是因为硫酸盐的生成所造成的。
可参照上图及下图:由于频繁停,断电等基站的使用条件及恶劣的自然环境所造成的电池寿命缩短。
例如:现在通信基站使用的部分2类电池,这种电池的使用温度是0-35度适用于室内使用,而在实际使用中,电池使用基站的温差变化大,冬季室外站,电池在零下15度工作的情况也是经常看到的。
上图为由于频繁停断电等原因使电池温度过热及气体排放不畅所引起的壳体开裂和鼓包现象在通信行业的废弃电池中,除30%左右有外部及内部极板物理损伤外,其余70%左右的电池主要是由于硫酸盐的结晶化使得电池容量降低,性能劣化而内部极板没有明显的物理损伤及较轻物理损伤的电池是完全可以恢复容量以及部分恢复容量继续使用的。
最全面铅酸蓄电池常见故障和机理分析一、铅酸蓄电池故障和一般机理1、反极的现象及原因铅酸蓄电池的反极系指蓄电池的正负极发生了改变,反极现象反映在两个方面,一是由于铅蓄电池在装配组装时某单格电池极群组接反或整个电池极群组接反。
这种情况下会出现铅酸蓄电池灌完酸用电压表测量端电压时其端电压值小于各单体蓄电池额定电压之和的现象或出现端电压为负的现象。
另一方面是铅蓄电池在容量放电时在多个串联使用中,由于某个蓄电池(或某单体蓄电池)容量较低或完全丧失容量。
在放电时这个电池很快被放完电被其它电池进行反充电,使原来的负极变成正极,原来的正极变成负极,端电压出现负值的现象。
对于前一种反极故障,在测量蓄电池端电压时(多个单体电池组成的蓄电池)都可发现,若有一个单体电池反极,不仅失去该电池的2 V电压,而且还要增加2 V反电压,端电压要降低4V左右。
例如,对于额定电压为12 V的电池,如测量其端电压为8 V左右,说明有1个单格电池反极。
如测量其端电压为4 V左右说明有2个单格反极,如测量其端电压为-4 V左右说明有4个单格反极,如测量其端电压为-12 V说明6个单格均反极。
对于后一种反极故障,其端电压值(负值)随放电情况而不同。
一般在检测时,对于这种情况要及时将蓄电池从放电线路中摘除下来,以免对蓄电池有所损坏。
2、短路现象及原因铅酸蓄电池的短路是指铅酸蓄电池内部正负极群相连。
铅酸蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面:(1)开路电压低,闭路电压(放电)很快达到终止电压。
(2)大电流放电时,端电压迅速下降到零。
(3)开路时,电解液密度很低,在低温环境中电解液会出现结冰现象。
(4)充电时,电压上升很慢,始终保持低值(有时降为零)。
(5)充电时,电解液温度上升很高很快。
(6)充电时,电解液密度上升很慢或几乎无变化。
(7)充电时不冒气泡或冒气出现很晚。
造成铅酸蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面:(1)隔板质量不好或缺损,使极板活性物质穿过,致使正、负极板虚接触或直接接触。
汽车用铅酸蓄电池常见故障及排除单位:电器部件设计室姓名:刘昶摘要:本文结合整车中采用的各种继电器出现的失效情况,对电磁继电器的失效机理和如何选择与使用进行了分析,以便提高其使用可靠性。
关键词:蓄电池、失效分析、使用可靠性!■、蓄电池自放电现象蓄电池在停止使用期间或在带电解液储存期间,荷电量的无效消耗称之为自放电,即在未连接外电路时,蓄电池由于自放电流所引起的能量损失。
一般情况下,维护良好、充足电的蓄电池在20〜30’ C的环境中,开路搁置28天其容量损失不应超过20%。
遇到自放电现象时,应首先检查蓄电池上盖是否清洁,有无积垢或电解液,必要时用清水冲洗干净,并用棉纱擦干。
然后断开所有用电设备,拆下蓄电池上的粗导线, 并在其端部连接一根细导线,用细导线在其极柱上碰火,如有火花,为线路中存在搭铁、短路故障,应进一步检查和排除;若无火花,表明故障在蓄电池内部,必要时修复或更换。
蓄电池自放电的预防措施:①坚持171常维护,保持蓄电池表面清洁干燥;拧紧加液孔螺塞,疏通通气孔,防止灰尘及脏物进入壳内;②保持电解液的纯度,按国家标准的规定使用合格的硫酸及纯水配制的电解液,切不可随意加添矿泉水和自来水;③充电电流大小适宜,防止充电电流过大,导致极板活性物质脱落;④蓄电池离热源过近应有隔热措施;⑤经常检查电气系统的绝缘性,排除漏电和短接;⑥暂不用的新蓄电池不要灌注电解液;对已灌电解液待用的蓄电池,应定期补充电,以免降低容量缩短寿命。
2、极板硫化极板硫化是蓄电池早期损坏的主要原因之一。
所谓极板硫化,是指半放电的蓄电池极板表面上有一层硫酸铅,称作一次结晶体。
这种半放电的蓄电池在存放过程中,随着环境温度的上升,极板上的硫酸铅就会逐渐溶解到电解液中。
当温度下降时,硫酸铅会逐渐达到过饱和状态,并再次结晶为较大的白色颗粒,再次附着到极板上去。
极板硫化使蓄电池充放电的电化学反应不能正常进行,导致容量降低内阻增大,大电流放电时端电压下降较多,致使起动车辆电能不足等,将直接影响到蓄电池的正常使用,严重时将导致蓄电池的早期报废。
铅酸蓄电池常见失效模式及是否可修复1.失水【可修复】在电池充电过程中,会发生水的电解,产生氧气和氢气,使水以氢、氧的形式散失,所以又称析气。
水在电池电化学体系中,起到非常重要的作用,水量的减少会降低参与反应的离子活度,导致电池内阻上升,极化加剧,最终导致电池容量下降。
造成此现象的原因:电池壳破裂;安全阀密封不严;充电电压过高;过充电。
2.硫酸盐化【可修复】电池放电时,在正极负极都产生硫酸铅,正极由于氧极氧化作用的存在,硫酸铅极易在充电时转化成二氧化铅,而负极则不同,在长期亏电保存,经常过放电,长期充电不足等因素存在的情况下,会逐渐在负极表面形成一层致密坚硬的硫酸铅层,不仅本身溶解度大幅度下降,难以参加反应,同时堵塞了电解液和深层活性物质的接触通道,从而导致了电池容量下降。
造成此现象的原因:长期处于欠充状态;放电后不及时充电长期搁置;经常进行深度放电;安全阀密封不严。
3.极板软化【不可修复】极板是多空隙的物质,有比极板本身面积大的多的比表面积,在电池反复的充放电循环过程中,随着极板上不同物质的交替变换,将会使极板空率逐渐下降,在外观表现上,则是正极板的表面由开始时的坚实逐渐变的松软直到变成糊状,这时由于表面积下降,将会导致电池容量的下降。
大电流充放电、过放电都会加速极板的软化。
造成此现象的原因:充放电过于频繁;电池杂质过多。
4.板栅腐蚀【不可修复】电池的骨架板栅由铅合金制作而成,虽然其有很强的抗腐蚀能力,但长期浸泡在酸性电解液当中,仍然会使起发生金属腐蚀,以至于发生板栅裂隙甚至断裂,导致容量的下降。
造成此现象的原因:电池长时间过充,电池长期在高温下使用。
5.短路【不可修复】正负极板间本来应该由隔膜(板)隔开,但如果有焊渣或枝晶穿透,则正负板相连,形成短路,严重的短路可导致该单体电压变为零,如果导致正负相连的物质本身电阻较大,比如枝晶,则不会马上使该单格电压变为零,而是发生较快的自放电,俗称软短路。
铅酸电池老化原理全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:铅酸电池是一种常见的蓄电池,广泛用于汽车、UPS电源等领域。
随着使用时间的增长,铅酸电池容易发生老化,降低其性能和寿命。
铅酸电池老化的原理主要包括内部化学反应、极板腐蚀、活性物质损失等几个方面。
铅酸电池老化的内部化学反应是其主要原因之一。
在电池正常充放电过程中,积累的充电和放电循环会导致电解液中的硫酸和水逐渐分解,产生氧气和氢气。
氧气会与铅极板反应生成氧化铅,氢气则会在阴极表面还原形成氧化还原反应。
这些化学反应使得电池内部的活性物质不断减少,从而导致电池容量下降,电阻增加,最终引起电池老化。
极板腐蚀也是铅酸电池老化的重要原因之一。
在铅酸电池充放电过程中,电解液中的硫酸会溶解活性物质,使得正负极板表面发生腐蚀。
特别是在高温、高湿环境下,极板腐蚀加剧,导致极板表面结晶疏松、脱落、变形等现象。
极板腐蚀不仅会降低电池的寿命,还会加剧电池的内阻升高,影响电池的性能。
铅酸电池老化还可能由于活性物质损失而导致。
随着电池使用时间的增长,电池内的活性物质会不断损失,主要是由于极板腐蚀、化学反应、温度过高等因素引起。
活性物质的损失会导致电池容量下降,电阻增加,终使电池失效。
维护电池的正常运行,减少活性物质损失是延长电池寿命的关键。
铅酸电池老化的原理主要包括内部化学反应、极板腐蚀、活性物质损失等几个方面。
在使用铅酸电池的过程中,我们应该定期检测电池状态,及时更换老化电池,维护电池的正常运行,延长电池寿命,确保电池的性能和安全性。
希望通过以上内容的介绍,能够让大家更加了解铅酸电池老化的原理和预防方法,做好电池的维护保养工作。
第二篇示例:铅酸电池是一种常见的蓄电池类型,它是以铅和铅氧化物为正负极材料,在电解液中进行化学反应而产生电能。
随着使用时间的增加,铅酸电池会逐渐出现老化现象,其性能逐渐下降,甚至失效。
那么,铅酸电池的老化原理究竟是什么呢?铅酸电池的老化主要是由以下几个方面的原因造成的:铅酸电池的正极活性物质氧化铅在循环充放电过程中会发生颗粒聚集、脱离电极等现象,导致正极活性物质无法完全参与电化学反应,从而减弱正极的容量和放电能力,降低电池的性能表现。
铅酸蓄电池电池失效的主要原因和分析铅酸蓄电池失效可能有多种原因造成的,例如硫化、失水、热失控、活性物质脱落、极板软化等等,接下来将一一为大家介绍和分析。
1.硫化铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程,放电时,生成硫酸铅,充电时硫酸铅还原为氧化铅。
这个电化学反应过程正常情况下是循环可逆的,但硫酸铅是一种容易结晶的盐化物,当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时,就会"抱成"团,结成小晶体,这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,就象滚雪球一样形成大的惰性结晶,这就破坏了原本可逆的循环,导致硫酸铅部分不可逆。
结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅,还会吸附在栅板上,造成了栅板工作面积下降,铅酸蓄电池发热失水,铅酸蓄电池容量下降,这一现象叫硫化,也就是常说的老化。
硫化还会导致短路、活性物质松弛脱落、栅板变形断裂等"并发症"。
只要是铅酸蓄电池,在使用的过程中都会硫化,但其它领域的铅酸电蓄池却比电动自行车上使用的铅酸蓄电池有着更长的寿命,这是因为电动车的铅酸蓄电池有着一个更容易硫化的工作环境。
与汽车用启动电池不同,汽车电池点火放电后,电池始终处于浮充状态,放电形成的硫酸铅很快又被转化为氧化铅,而电动车放电时,不可能同时进行充电,这就造成硫酸铅大量堆集,如果深放电,这时硫酸铅浓度更高,而且电动车骑行后很难有条件及时充电,放电形成的硫酸铅不能及时充电转化为氧化铅,就会形成结晶。
所以,循环寿命,根据放电深度不同而差别很大,放电深度越深,循环次数越少,放电深度越浅,循环次数越多,根据试验结果放电深渡与循环次数联系如下表:放电深度70%50%20%10%循环寿命500次1000次2800次7000次一些铅酸蓄电池在做70%的1C充电和60%的2C放电中,由于采用连续大电流循环,破坏了电池生成大硫酸铅结晶的条件,所以可能看不到铅酸蓄电池硫化对电池的破坏。
如果试验中途停顿,铅酸蓄电池硫化的问题就会显现。
铅酸蓄电池电池失效的主要原因和分析铅酸蓄电池失效可能有多种原因造成的,例如硫化、失水、热失控、活性物质脱落、极板软化等等,接下来将一一为大家介绍和分析。
1.硫化铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程,放电时,生成硫酸铅,充电时硫酸铅还原为氧化铅。
这个电化学反应过程正常情况下是循环可逆的,但硫酸铅是一种容易结晶的盐化物,当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时,就会"抱成"团,结成小晶体,这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,就象滚雪球一样形成大的惰性结晶,这就破坏了原本可逆的循环,导致硫酸铅部分不可逆。
结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅,还会吸附在栅板上,造成了栅板工作面积下降,铅酸蓄电池发热失水,铅酸蓄电池容量下降,这一现象叫硫化,也就是常说的老化。
硫化还会导致短路、活性物质松弛脱落、栅板变形断裂等"并发症"。
只要是铅酸蓄电池,在使用的过程中都会硫化,但其它领域的铅酸电蓄池却比电动自行车上使用的铅酸蓄电池有着更长的寿命,这是因为电动车的铅酸蓄电池有着一个更容易硫化的工作环境。
与汽车用启动电池不同,汽车电池点火放电后,电池始终处于浮充状态,放电形成的硫酸铅很快又被转化为氧化铅,而电动车放电时,不可能同时进行充电,这就造成硫酸铅大量堆集,如果深放电,这时硫酸铅浓度更高,而且电动车骑行后很难有条件及时充电,放电形成的硫酸铅不能及时充电转化为氧化铅,就会形成结晶。
所以,循环寿命,根据放电深度不同而差别很大,放电深度越深,循环次数越少,放电深度越浅,循环次数越多,根据试验结果放电深渡与循环次数联系如下表:放电深度70%50%20%10%循环寿命500次1000次2800次7000次一些铅酸蓄电池在做70%的1C充电和60%的2C放电中,由于采用连续大电流循环,破坏了电池生成大硫酸铅结晶的条件,所以可能看不到铅酸蓄电池硫化对电池的破坏。
如果试验中途停顿,铅酸蓄电池硫化的问题就会显现。
由于电池重量大,一些用户经常采取电池经过多次使用放完电才再次充电,这样电池放电以后没有及时充电,铅酸蓄电池硫化就比较严重。
另外,铅酸蓄电池的硫酸比重比较高,也是铅酸蓄电池硫化的重要因素。
而铅酸蓄电池硫化,破坏了负极板氧循环的能力,形成加速失水。
这样,铅酸蓄电池的硫酸比重更加高,导致更加容易导致铅酸蓄电池硫化。
所以,铅酸蓄电池硫化的程度可能不同,但是对铅酸蓄电池的寿命影响却是普遍的。
2.失水密封铅酸蓄电池的最基本原理之一就是正极板析氧以后,氧气直接到负极板与负极板的析氢还原为水,考核铅酸蓄电池这个技术指标的参数叫做"密封反应效率",这种现象叫做"氧循环"。
这样,铅酸蓄电池的失水很少,实现了"免维护",就是免加水。
但密封铅酸蓄电池的这种氧循环在电动自行车上却被破坏,导致电池大量失水。
为了满足电池在8小时以内充满电,所以在三段式恒压限流充电中,如36伏充电器的恒压为44.4伏,3个单体电池共有18个单格,折合单格电压就为2.466V。
这样,大大超过电池正极板析氧电压的2.35V和负极板析氢电压的2.42V。
一些充电器制造商的产品为了降低充电时间的指示,提高了恒压转浮充的电流,而使得充电指示充满电以后,还没有充满电,就靠提高浮充电压来弥补。
这样,很多充电器的浮充电压超过单格电压2.35V,这样在浮充阶段还在大量析氧。
而铅酸蓄电池的氧循环又不好,这样在浮充阶段也在不断的排气。
一组36伏铅酸蓄电池有3个单体电池,每个单体电池有6个单格,每个单格有15块以上正负栅板,一组电池就最少有270个焊点,如果产生千分之一的虚焊就会导致每4组电池必然有一组不合格,而铅钙板非常容易因析钙而造成虚焊,所以电池制造商普遍采用低锑合金板,而低锑合金的析气电压更低,电池出气量更大,失水就更加严重。
浮充铅酸蓄电池的硫酸标准比重应该在1.21~1.28之间,但为适应电动自行车大容量、大电流放电的要求,电池的硫酸比重一般都在1.36~1.38左右。
由于电池的硫酸比重相对高了很多,所以,电池的硫化也相对严重。
电池放电以后到第二天充电以前,硫酸比重高的电池的硫化明显。
这样,更加降低了负极板氧循环的能力。
而失水以后的电池,失去的主要是水,留下了硫酸的成分,相当于进一步提高了硫酸的比重,这样就使铅酸蓄电池更加容易硫化。
所以,铅酸蓄电池硫化加重了失水,失水又加重了硫化。
对用户而言,"密封"是必要的,否则酸液溢出的后果不堪设想,但在电动车领域过份地推广"免维护"的概念是不合适的。
3.热失控铅酸蓄电池在充入电量达到70%以后,铅酸蓄电池的极化电压相对比较高,充电的副反应开始逐步增加,电解水开始了。
在充电的单格电压达到2.35V以后,首先正极板析氧,在达到2.42V以后,负极板开始析氢。
这时候充电的电能转变为化学能减少,转变为电解水的能量增加。
充电过程的是否析气取决于充电电压,析气量取决于达到析气电压以后的充电电流。
所以,在充电过程中,充电电压在进入恒压以后,电压开始接近于最高,充电电流也保持限流值。
这时候析气量最大。
在进入恒压以后,充电电流应该逐步下降,析气量也应该逐步下降。
充电本身是放热反应,一般铅酸蓄电池的热设计是可以控制温升的。
在铅酸蓄电池大量析气以后,氧气在负极板复合为水,发热量远远大于充电时的发热。
密封铅酸蓄电池希望负极板具有良好的氧循环能力,但是,氧循环会产生发热。
所以,氧循环是一把双刃剑,好处是减少了水损失,坏处是电池会发热。
在恒压充电的条件下,氧循环电流也参与了充电电流,所以充电电流下降速率放缓。
而铅酸蓄电池发热,会引起充电电流下降速率更加缓慢,甚至电流反升。
而充电电流在电池发热的作用下,一旦电流反升,又增加了发热。
这样,充电电流一直会上升到限流值。
电池发高热,并且积累热,一直到电池外壳发生热软化变形。
而电池的热变形时,内部气压高,所以呈现电池时鼓胀的。
这就是电池热失控而损坏电池。
铅酸蓄电池一旦出现严重鼓胀,漏酸和漏气的问题也出现了,铅酸蓄电池会出现急性失效。
诱发电池鼓胀的原因有很多。
如果充电电压高,析气量大,会产生热失控。
如果某一组电池或者某一个单格电池发生严重落后,而充电的恒压值不变,其他的单格电池也会出现充电电压相对过高,也会产生热失控问题。
为降低电池的热失控机率,很多充电器厂家将恒压值降低至43伏,这也必然导致欠充。
导致铅酸蓄电池充电发热的另一个原因就是硫化,硫化直接导致电池内阻增加,这就进一步造成铅酸蓄电池充电发热,发热又使氧循环电流上升,所以硫化严重的电池,热失控发生的机率很大。
从解剖电动自行车铅酸蓄电池的失效模式证明,90%的失效电池同时伴有严重失水现象。
胶体电池失水少于普通电池,所以其寿命应该长于普通电池。
胶体电池内部自放电在贮存期间不比普通的电池大,这可以通过贮存以后容量下降比对可以证明。
在同样的铅酸蓄电池内压条件下,胶体电池析气失水少于普通电池。
而每次开阀析气都会带走部分热量。
胶体铅酸蓄电池开阀少于普通铅酸蓄电池,失水少是其优点,但是析气失水少,开阀少,带走电池内部的热量就少,所以电池内部温升就高于普通电池。
而电池内部温升高,自放电也大,产生的热量就更高。
因此在夏季环境温度较高的条件下,由于析气电平的下降,析气量最近,同时温升也高。
这样胶体铅酸蓄电池进入热失控的概率就大得多了。
4.活性物质脱落、极板软化铅酸蓄电池正极板活性物质的有效成分是氧化铅,氧化铅分α-PbO2和β-PbO2,其中,α-PbO2物理特性坚硬,容量比较小,以多孔状附着在极板,用于扩大极板面积和支撑极板;β-PbO2依附α-PbO2构成的骨架上面,其荷电能力比α-PbO2强很多,氧化铅放电放电以后形成硫酸铅,充电时硫酸铅又还原为氧化铅,但在强酸环境中硫酸铅只能够生成β-PbO2,活性物质脱落就是α-PbO2脱落。
造成活性物质脱落的原因很多:一、铅酸蓄电池极板活性物质分布不均匀,造成放电时膨胀张力不同而脱落。
二、铅酸蓄电池过放电欠压时,β-PbO2大量减少,α-PbO2就会参与放电反应生成硫酸铅。
三、硫化结晶在极板上生长的膨胀张力也会导致活性物质脱落。
正极板一旦出现软化,起到支持作用的多孔结构就被破坏了,正极板的多孔被电池极板的压力压实了,就降低了参与反应的真实面积,铅酸蓄电池容量就下降了。
这样,防止过放电、抑制和消除硫化是控制正极板软化的重要措施。
放电的时候,每次放电,或多或少的总要有一点点α-PbO2参与反应。
所以,一个正常使用的铅酸蓄电池,在不失水也不硫化,也没有过放电的情况下,电池的寿命就取决于正极板软化。
电池容量受活性物质和利用率影响。
电动车铅酸蓄电池外形尺寸一定,极板的质量已被限制到一定的程度,只有提高活性物质的利用率,才能提高容量。
要提高铅酸蓄电池容量,必然增加孔率,提高PbO2含量、硫酸比重,但是这些措施都会加速正极板的软化,造成铅酸蓄电池寿命加速衰减,充放电过程中活性物质会产生膨胀、收缩(特别是正极板),放电深度越深,活性物质膨胀收缩量越大,更加速活性物质软化。
因此,初始容量偏大时直接影响铅酸蓄电池寿命。
5.短路铅酸蓄电池的短路指铅电池内部正负极群相连。
为了增加铅酸蓄电池的容量,目前电动车铅酸蓄电池电池的极板数量普遍采用增加极板方式,这就导致隔板相对比其他电池的隔板薄一些,负极板的硫酸铅结晶长大,充电以后出现少量硫酸铅遗留在隔板中,遗留在隔板中的硫酸铅一旦被还原称为铅,积累多了,铅酸蓄电池电池就会出现微短路,这种现象叫做"铅枝搭桥"。
微短路轻的产生该单格电压落后,严重的时候会出现单格短路。
极板上活性物质膨胀脱落,也会造成正负极板相连。
6.均衡问题。
不少铅酸蓄电池在单体测试中,可以获得比较好的结果,但是,对于串连铅酸蓄电池组来说,由于容量差、开路电压差等原始配组误差,充电时电压高的电池会增加失水,电压低的电池会欠充电,放电的时候,电压低的会出现过放电,形成铅酸蓄电池硫化。
随着充放电的循环,铅酸蓄电池硫化的单体更易硫化,这个差异被扩大,最终影响整组电池寿命。
7.无法充电12V铅酸电池的终止放电电压为10.5伏,如果强行放电至终止电压以下,铅酸蓄电池就有极大的机率失去再充电能力。
电动车的控制器内都有一个保护装置,当铅酸蓄电池达到终止电压时,保护装置会强行断开电路,但如果这个保护装置出现上漂移时,或者断电后电池出现电压回升,保护装置就无法正确判断。
8.铅酸蓄电池自行放电。
充足电的铅酸蓄电池放置不用,逐渐失去电量的现象,称之自行放电。
自行放电是不可避免的,在正常情况下,每天放电率不应超过0.35%~0.5%。
铅酸蓄电池自行放电的主要原因:(1)极板或电解液中含有杂质,杂质与极板间或不同杂质间产生了电位差,变成一个局部电池,通过电解液构成回路,产生局部电流,使铅酸蓄电池放电。