铅酸蓄电池知识大总结《铅酸蓄电池原理大总结》1111铅酸蓄电池的硫化与修复原理虽然目前的科学技术飞速发展近年铅酸蓄电池的发展也比较快基本上以大型阀控密封式铅酸蓄电池代替了防算酸隔爆型电池就是大型阀控密封式铅酸蓄电池近些年也在发展但是大容量的固定电池还是以铅酸蓄电池为唯一的选择如何延长铅酸蓄电池的正常使用寿命一直是业内人士探讨的主要问题相同的电池在不同的设备条件不同的使用条件和不同维护条件下使用寿命相差很大这就需要在设备条件使用条件和维护条件上寻找其差异而电池失效的的几个主要现象是a．正极板软化b．正极板板栅腐蚀c．负极板硫化d．失水e．少数电池出现热失控包括电池鼓胀下面就以电池失效模式来探讨设备条件使用条件和维护条件对电池失效的影响及其应对方法一电池的失效模式及其原因1电池的正极板软化电池的正极板是由板栅和活性物质组成的其中活性物质的有效成分就是二氧化铅放电的时候二氧化铅转为硫酸铅充电的时候硫酸铅转为二氧化铅二氧化铅是由α二氧化铅和β二氧化铅组成的在2种二氧化铅中以其中α二氧化铅荷电能力小但是体积大比为β二氧化铅坚硬主要起支撑作用β二氧化铅恰好相反荷电能力大但是体积小比为β二氧化铅软主要起荷电作用α二氧化铅是在碱性环境中生成的在电池内部一旦出现参与放电以后在充电只能够生产β二氧化铅正极板的活性物质是多孔结构的就与电解液硫酸的接触面积来说多孔结构是平面的数十倍如果α二氧化铅参与放电以后重新充电以后只能够生成β二氧化铅这样就失去了支撑不仅仅会产生正极板活性物质脱落而且脱落的活性物质还会堵塞正极板的微孔导致正极板参与反应的真实面积下降形成电池容量的下降后备电源的电池使用年限要求比较严格对电池的比容要求比较宽因此后备电源使用的电池的后备电源的电池α二氧化铅和β二氧化铅比例比深循环的动力型电池大一些为了减少α二氧化铅参与放电一般控制放电深度仅仅为40％随着电池的使用时间的增加电池的容量下降新电池放电40％的电量对于旧电池来说必然上超过40％的所以旧电池就相当于放电深度深电池的正极板软化也会被加速所以电池的容量寿命曲线的后期下降速率远远高于中期电池容量越小放电深度越深α二氧化铅损失也越多正极板软化也越严重导致电池容量下降越快形成了恶性循环这样电池的放电深度需要严格控制实现这个控制的是靠基站的电源管理系统的国内和设置目前控制电池放电深度的主要标准还是一次放电量和放电电压这样尽可能避免在应急的时候强制放电而应该按照放电量来增加电池的容量2电池的正极板腐蚀正极板的板栅中的铅在充电过程中或被氧化为二氧化铅并且不能够再还原为铅形成正极板腐蚀而二氧化铅的体积比铅的体积大形成体积线性增加变形使正极板活性物质与板栅脱离导致正极板失效而过充电会严重加速正极板腐蚀我们一般以为不会产生过充电状态实际上基站的浮充电压如果跟不上环境温度的上升而进行下降的补偿过充电就产生了如基站的空调不够或者损坏电池的过充电也会产生这样电池的正极板板栅在不同的使用条件下会有不同的腐蚀速度长三角和珠三角地区的正极板腐蚀也会比内地严重这与电池的使用环境温度关系密切3电池的负极板硫化电池放电以后负极板的铅转换为硫酸铅如果不及时充电或者充电时间比较长这些硫酸铅晶体就会逐步聚积而形成粗大的硫酸铅结晶采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为不可逆硫酸铅盐化简称硫化在折合单格电压为225V的浮充状态下电池基本充满电需要一周的时间完全充满电需要28天的时间其间电池就处于欠充电状态在电池放电以后的12小时就可以发现产生粗大的硫酸铅结晶在发生电荒的地区电池的硫化相当严重在一般浮充状态下使用随着日夜环境温度的变化硫酸铅结晶也会聚积而形成粗大硫酸铅结晶而导致硫化在冬季环境温度比较低的时候电池的浮充电压应该相应的提升如果浮充电设备没有依据室温相应的调解上升电池欠充电就会产生电池硫化也就产生了失水的电池相当于电解液的硫酸浓度上升也形成了加速电池硫化的条件较快速的充电可以抑制电池的硫化基站的充电电流相对都比较小所以硫化程度比充电电流大的电池严重另外浮充电压纹波越小浮充电流的扰动越小也形成了电池硫化的条件采用低锑合金的正极板的电池浮充电压比较低也比其它铅钙锡铝合金电池更加容易出现硫化从上面的硫化失效原因看看很多电池的是无法避免的特别是电池组发生单体电池落后的时候个别落后的单体电池处于欠充电状态这样该电池比其它电池更加容易硫化电池一旦出现硫化靠单纯的浮充和均充是无法解决的必须采取其它措施目前消除密封电池硫化的方法有化学法和脉冲法化学法虽然会较快的消除负极板硫化但是其副作用增加电池自放电会比较明显这样会形成新的失效模式所以除了应急处理以外没有任何电池制造商同意采用这种方法来修复电池而脉冲修复硫化属于无损修复这是近年来所广泛提倡的方法4电池的失水电池充电达到单体电池235V25℃以后就会进入正极板大量析氧状态对于密封电池来说负极板具备了氧复合能力如果充电电流比较大负极板的氧复合反应跟不上析氧的速度气体会顶开排气阀而形成失水如果充电电压达到242V25℃电池的负极板会析氢而氢气不能够类似氧循环那样被正极板吸收只能够增加电池气室的气压最后会被排出气室而形成失水电池具备负的温度特性其析气也与温度特性一致当电池温升以后电池的析气电压也会下降温升会导致电池容易析气失水长三角和珠三角地区夏季环境温度比较高如果没有空调或者空调容量不足会使电池失水增加如果单体电池的浮充电压折合为225V在30℃的时候电池失水比25℃条件下增加一倍在40℃条件下电池失水是25℃的8倍左右除非相应的降低浮充电压如果电池的正极板含锑随着锑的循环部分的转移到负极板上面由于氢离子在锑还原的超电势约低200mV于是负极板锑的积累会导致电池的充电电压降低充电的大部分电流用来做水分解而形成失水所以我们认为在大型固定型电池中应该逐步淘汰低锑正极板的电池另外对在电池生产过程中应该严格控制铅钙锡铝正极板的含量5电池的热失控电池在均充状态时充电电压会达到折合单格24V这个电压超过了电池正极板大量析氧的电压特别是在高温环境中大量析氧电压会下降这样产生的析氧量会大幅度的增加而正极板产生的氧气在负极板会被吸收吸收氧气是明显的放热反应电池的温度会提升如果电池已经出现失水玻璃纤维隔板的无酸孔隙增加会加速负极板吸收氧气产生的热量会更多电池温升也更高而电池的温升也会加速正极板析氧形成恶性循环热失控在热失控状态下析氧量增加电池内的气压增加当达到塑料电池外壳的玻璃点温度的时候电池开始鼓胀变型这种变型除了影响电池内部的机械结构以外还会形成电池漏气而导致更加严重的失水漏酸尽管电池热失控现象发生的不多但是一旦发生热失控电池的寿命会迅速提前结束6电池的不均衡新电池的容量开路电压和内阻应该进行严格的配组所以新电池一般离散性比较小随着电池使用电池在制造工艺中必然存在的微小差距会被扩大如电池开阀压的区别会导致电池失水不同失水多的电池相当于电池的硫酸比重提升导致电池开路电压增加也是该单体电池的充电电压相当于其它电池电压高而在串联电池组中的其它电池分配的电压就会下降形成其它电池的欠充电欠充电的电池内阻会增加放电的时候电池电压会更低充电电压跟不上导致电池电压高的更高低的更低电池正极板软化的差异随着充放电也会被扩大当电池正极板发生软化的时候脱落的活性物质会堵塞一部分微孔正极板上单位面积的电流密度会增加而增加电流密度的反应部分的充放电活性物质的膨胀收缩更加厉害导致正极板软化被加速这样就形成的容量落后的电池更加落后电池的负极板发生硫化放电电流的密度也会增加相当于增加了放电深度硫酸铅结晶会比较集中在放电部位形成较大的硫酸铅结晶硫酸铅结晶体积越大其吸附能力也相对增加导致硫化更加严重而硫化的电池在放电过程中也相当于增加了放电深度硫化也更加严重所以电池容量的下降也会形成恶性循环从电池的寿命容量曲线看电池的容量总体上是逐步加速的凡是电池出现不均衡总是加速的对于电池的不均衡目前唯一的充电方式是采用均充其愿望是对充满电的电池实现增加电池的副反应把欠充电的电池充满电但是实际上这个作用不足以恢复电池的均衡目前比较有效的方法还是采用单体电池的补足充电可是一般基站和修复队伍都不具备这个设备条件二对策1设备管理与改造a机房环境温度对电池的寿命影响至关重要除了配备相应的空调设备以外应该增加和完善机房温度的遥测在中心机房就可以发现任意一个机房温度超温高温和低温报警以便及时处理b检测浮充电压和均充电压与环境温度的的关系应该依据电池的特性具备－3mV～－4mV℃单格的特性2均衡充电和容量配组为了防止电池落后对单格电压低的电池进行单独充电现在已经开发了2V50A的充电器可以用来给落后的电池单独充电也可以通过2V50A的放电器对进行精确的容量测试以便进行容量配组3消除硫化消除电池硫化的方法有几种方法各有特点a 水疗法如果硫化不太严重可以使用较稀的电解液密度在1100gcm3以下即向电池中加水稀释电解液以提高硫酸铅的溶解度并用20h率以下的电流在液温30℃～40℃的范围内较长时间充电可能得以恢复如果电解液密度较高则充电时只进行水分解活性物质难以恢复对于密封电池来说水疗法是无法进行的另外水疗法的成本和使用工时都比较大现在有了脉冲修复的方法已经很少见到水疗法了b 化学处理方法采用化学添加剂在电池发生硫化的时候使用这种方法对消除硫化是行之有效的但是其副作用不可忽视主要问题是会形成自放电明显增加所以一般的电池制造商都不敢使用c 大电流充电若认为吸附是造成硫酸盐化的原因则可以用高电流密度充电达100mAcm2在这样的电流密度下负极可以达到很负的电势值这时远离零电荷点使φ－φ0＜0改变了电极表面带电的符号表面活性物质会发生脱附特别是对阴离子型的表面活性物质这种有害的表面活性物质从电极表面上脱附以后就可以使充电顺利进行目前国内几乎没有人使用这种方法处理不可逆硫酸盐化可能出于以下考虑高电流密度下极化和欧姆压降增加这部分能量转化为热使蓄电池内部温度升高同时又有大量的气体析出尤其是正极大量气析出气体其冲刷作用易使活性物质脱落d 脉冲修复按照原子物理学和固体物理学的原理硫离子具有5个不同的能级状态通常处于亚稳定能级状态的离子趋向与迁落到最稳定的共价键能级而存在在最低能级即共价键能级状态硫离子包含8个原子的环形分子形式存在这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合难以被打碎形成电池的不可逆硫酸盐化硫化多次发生这样的情况就形成了一层类似与绝缘层一样的硫酸铅结晶要打碎这些硫酸盐层的束缚就要提升原子的能级到一定的程度这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带使原子之间解除束缚每一个特定的能级都有唯一的谐振频率必须提供给一些能量才能够使得被激活的分子迁移到更高的能级状态太低得能量无法达到跃迁所需要的能量要求但是过高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态又回落到原来的能级这样必须通过多次谐振使得其中一次脱离了束缚达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级这样就转化为溶解于电解液的自由离子而参与电化学反应很高的电压可以实现就是大电流高电压充电的方法谐振也可以实现就是脉冲谐波谐振的方法从固体物理上来讲任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿一旦绝缘层被击穿粗大的硫酸铅就会呈现导电状态如果对高电阻率的绝缘施加瞬间的高电压也可以击穿大的硫酸铅结晶如果这个高电压足够短并且进行限流在打穿绝缘层的条件下充电电流不大也不至于形成大量析气电池析气量强正相关于充电电流和充电时间如果脉冲宽度足够短占空比足够大就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下同时发生的微充电来不及形成析气这样实现了脉冲消除硫化实现脉冲消除硫化和抑制电池硫化的方法一般可以采用脉冲保护器和修复仪来处理一般使用2类修复方法其一为在线修复把可以产生脉冲源的保护器并联在电池的正负极柱上使用电池或者充电器的电源或者使用外来的市电就会有脉冲输出到电池上面这种修复方式所需要的能源很少比较慢但是由于常年并联在电池极柱2端慢也没有关系对于没有硫化的电池可以抑制电池的硫化其二为离线式的可以产生快速的脉冲脉冲电流相对比较大产生脉冲的频率比较高脉冲占空比比较大一些产品还具有自动控制这种修复仪主要是用来修复已经硫化的电池2正极板软化的形象解释在正常的电池中电池正极板的二氧化铅是由α二氧化铅和β二氧化铅组成的其中α二氧化铅好像是乔木的树干和树枝β二氧化铅好像是树叶而光合作用主要是树叶当然树干也会由一些光合作用但是很少主要是靠树叶而光合作用是维持大树生存的重要条件之一没有光合作用大树将死亡这个大树有一个奇特的特性就是树枝干一旦参与光合作用将变成树叶如果树叶多了光合作用会增加但是树枝少了没有支持作用树叶会重叠互相遮挡也使得光合作用下降产生这个效应的原理就是α二氧化铅只能够在碱性环境中生成在酸性环境中只能够生产β二氧化铅而电池是在酸性环境中工作的如果α二氧化铅一旦参与放电再充电就只能够生成β二氧化铅也就是树枝和树干变成了树叶开始的时候光合作用也可能增加但是很快树叶堆积在一起遮挡了阳光光合作用反而下降了树枝和树干少了我们就说电池的正极板软化了一堆没有树枝和树干连接的树叶就会脱离正极板所以加液的时候在充电析气的时候β二氧化铅就脱离了极板形成了我们看到的黑液产生正极板软化的原因比喻如下大电流放电状态电池正极板表面的二氧化铅参与反应快深层的二氧化铅反应以后形成的局部硫酸已经转化为水了缺少参与反应的硫酸而隔板中的硫酸扩散首先达到表面所以表面的α二氧化铅液被迫参与反应再充电以后就形成了β二氧化铅树枝就变成了树叶正极板软化就产生了如果采用比较缓慢的放电硫酸扩散可以供给深层的二氧化铅参与反应树枝的损失就少一些这样大电流放电是电池产生正极板软化的第一位原因所以电摩的电池多数都会有正极板软化的现象产生第二个原因就是深度放电就是表面的β二氧化铅已经不够用了所以α二氧化铅也不得不参与反应也形成了树枝变成了树叶导致正极板软化正极板软化会使得脱落于树枝的树叶会遮挡阳光也就是术语中说的脱落的二氧化铅会堵赛通孔形成了半通孔和闭孔堵塞了硫酸的通道使得被堵塞的二氧化铅不能够参与反应电池的容量也会明显的下降电池正极板析气会产生对正极板的冲刷作用也会使得正极板软化产生所以大量析气不仅仅是会产生失水而且也会形成一些正极板软化的条件3铅酸蓄电池活性物质过量脱落的原因及处理1将电池的极群取出检查沉淀槽中的沉淀物如果是活性物质少量脱落在电池正常工作的范围内是允许的如果大大超过正常的情况时就要及时分析原因并进行及时处理A电池槽底部在短时间内集积了大量褐色沉淀说明是自正极板上脱落是由于充电电流过大或经常过充电造成的B沉淀物为白色时是由于经常过量放电致使活性物质成硫酸铅沉淀或电解液中有杂质特别是氯过量太多而形成氯化铅沉淀C沉淀物形成褐浅蓝白色互相交迭堆积说明了电池内进入了铁铜等有害物质D如果发现脱落物质是粘糊状的说明电解液不纯密度较大或电池充放电温度高使极板腐蚀脱落如果沉淀物成块状说明铅膏质量工艺较差电池装配中造成活性物质脱落活性物质过量脱落一方面造成电池容量下降另一方面容易在电池底部造成正负极板短路使电池使用寿命及早终止2如果因为活性物质脱落引起极板底部短路则需要将极群抽出取出沉淀物清除极板短路部位将极群装入电池更换新的电解液再以较小电流充电并在充电后期调整电解液密度和液面高度使电池恢复使用4电动车蓄电池故障的检修电动车用蓄电池制造水平参差不齐蓄电池质量性能区别也相当大与蓄电池配合的设备质量好坏也不同程度地影响蓄电池的性能使用条件的千差万别也造成电动车性能的差异在用户看来都可能理解成为蓄电池的质量问题在电动车主要部件中蓄电池的故障率较高以下列举了一些典型的故障现象介绍其检查处理方法一电池漏液1故障现象常见的漏液现象一是上盖与底槽之间密封不好或因碰撞封口胶开裂造成漏液二是帽阀渗酸漏液三是接线端处渗酸漏液四是其他部位出现渗酸漏液2故障的检查和处理先做外观检查找出渗酸漏液部位取开盖片看帽阀周围有无渗酸漏液痕迹再打开帽阀观察电池内部有无流动的电解液完成了上述工作之后若仍未发现异常应做气密性测试放入水中充气加压观察电池有无气泡产生并冒出有气泡则说明有渗酸漏液最后在充电过程中观察有无流动的电解液产生如果有则说明是生产的原因在充电过程中如有流动的电解液应将其抽尽二电池充不进电1故障现象首先检查充电回路的连接是否可靠检查连线与插头接触是否完好认真检查插座和插头是否有打火烧弧现象有无线路损伤断线等检查充电器有无损坏充电参数是否符合要求即初期充电电流达到16-25A只最高充电电压达到148-149V只充电浮充电转换电流达03-04A只浮充电压达到140-144V只查看电池内部是否有干涸现象即电池是否缺液严重还应检查极板是否存在不可逆硫酸盐化极板的不可逆硫酸盐化可通过充放电测量其端电压的变化来判定在充电时电池的电压上升特别快某些单格电压特别高超出正常值很多放电时电压下降特别快电池不存电或存电很少出现上述情况可判断电池出现不可逆硫酸盐化2故障的检查和处理先将充电回路连接牢固充电器不正常的应更换干涸的电池应补加纯水或1050的硫酸进行维护充电放电恢复电池容量如果发现有不可逆硫酸盐化应进行均衡充电恢复容量干涸的电池加液后的维护充电应控制最大电流18A充电10-15小时三只电池的电压均在134V只以上为好如果电池之间电压差别超过03V说明电池已经出现不同步的不可逆硫酸盐化对于发生不可逆硫酸盐化的电池需要更换整组电池或激活电池三电池变形1故障现象蓄电池变形不是突发的往往是有一个过程的蓄电池在充电到容量的80左右进入高电压充电区这时在正极板上先析出氧气氧气通过隔板中的孔到达负极在负极板上进行氧复活反应2PbO2 2PbO热量PbOH2SO4 PbSO4H2O热量反应时产生热量当充电容量达到90时氧气发生速度增大负极开始产生氢气大量气体的增加使蓄电池内压超过开阀压安全阀打开气体逸出最终表现为失水2H2O 2H2↑O2↑随着蓄电池循环次数的增加水分逐渐减少结果蓄电池出现如下情况。