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閥控式密封鉛蓄電池的常見(jiàn)失效模式

日期: 2021-03-25
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? ? ? ?閥控式密封鉛蓄電池與普通鉛酸蓄電池相比,其設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)( 15~ 20年)、使用維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單,但其實(shí)際的使用壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命,有的只能使用2 ~ 3年甚至更短。導(dǎo)致閥控式密封鉛蓄電池的壽命如此之短的原因有以下幾個(gè)方面: 一是產(chǎn)品質(zhì)量,問(wèn)題二是閥控式密封鉛蓄電池的特殊結(jié)構(gòu)所決定;三是使用維護(hù)方法不當(dāng)。由于上述原因?qū)е麻y控式密封鉛蓄電池的失效模式比普通鉛蓄電池的失效模式要多,其常見(jiàn)的失效模式有硫化、失水正負(fù)板柵腐蝕、內(nèi)部短路、熱失控、早期容量損失和負(fù)極匯流排的腐蝕等。

? ? ? ?硫化

? ? ? ?鉛蓄電池的正負(fù)極板上部分活性物質(zhì)逐漸變成顆粒粗大的硫酸鉛結(jié)晶,在充電時(shí)不能轉(zhuǎn)變成二氧化鉛和海綿狀鉛的可逆反應(yīng)的現(xiàn)象,叫做極板的硫酸鹽化,簡(jiǎn)稱(chēng)硫化。

? ? ? ?鉛蓄電池在正常使用的情況下,極板上的活性物質(zhì)在放電后大部分都變成松軟細(xì)小的硫酸鉛結(jié)晶,這些小晶體均勻地分布在多孔性的活性物質(zhì)中,在充電時(shí)很容易與電解液接觸起作用,并恢復(fù)成原來(lái)的活性物質(zhì):二氧化鉛和海綿狀鉛。

? ? ? ?如果讓鉛蓄電池長(zhǎng)期處于放電狀態(tài),極板上松軟細(xì)小的硫酸鉛晶體便逐漸變成堅(jiān)硬粗大的硫酸鉛晶體,這樣的晶體由于體積大且導(dǎo)電性差,因而會(huì)堵塞極板活性物質(zhì)的微孔,使電解液的滲透擴(kuò)散作用受阻,并使電池的內(nèi)阻增加。在充電時(shí),這種粗而硬的硫酸鉛不易轉(zhuǎn)變成二氧化鉛和海綿狀鉛,結(jié)果使極板上的活性物質(zhì)減少,容量降低,嚴(yán)重時(shí)使極板失去可逆作用而損壞,使電池的使用壽命縮短。

? ? ? ?(1)硫化的現(xiàn)象

? ? ? ?①放電時(shí)的現(xiàn)象

? ? ? ?a.容量下降:硫化電池的活性物質(zhì)已變成顆粒粗大的晶體,不能恢復(fù)成充電態(tài)的二氧化鉛和海綿狀鉛,因此容量比正常時(shí)的容量要低得多,放電時(shí)其容量比正常電池先放完。


? ? ? ?b.端電壓低:電池的端電壓與電解液的密度有關(guān),而硫化電池的電解液密度偏低,甚至在充電過(guò)程中也得不到回升,因此端電壓也相應(yīng)偏低。


? ? ? ?c.電解液密度低:硫化是發(fā)生在電池長(zhǎng)期處于放電狀態(tài)或充電不足的情況下,因此會(huì)使電解液的密度越來(lái)越低。

? ? ? ?對(duì)于普通鉛蓄電池來(lái)說(shuō),上述現(xiàn)象都能觀察到,但閥控式密封鉛蓄電池是密封結(jié)構(gòu),只能觀察到前兩個(gè)現(xiàn)象。

? ? ? ?②充電時(shí)的現(xiàn)象

? ? ? ?a.端電壓.上升快:因硫化電池的內(nèi)阻較大,所以恒流充電時(shí)電池的端電壓.上升速度比正常電池要快。而閥控式密封鉛蓄電池采用的充電方法是限流恒壓法,因此閥控式密封鉛蓄電池充電的第一個(gè)階段會(huì)很快結(jié)束。

? ? ? ?b.過(guò)早分解水:因充電時(shí)端電壓上升很快,很快就會(huì)達(dá)到水的分解電壓2.3V。如果是普通鉛蓄電池,就會(huì)出現(xiàn)冒氣現(xiàn)象。而閥控式密封鉛蓄電池的密封結(jié)構(gòu),使其不能觀察到分解水的現(xiàn)象,而且限流恒壓法所恒定的電壓是在2.3V左右,不會(huì)有大量的水發(fā)生分解,但因電池硫化后不易充進(jìn)電,使第二階段恒壓充電的電流幾乎全部用于水的分解。

? ? ? ?c.電解液密度上升慢:鉛蓄電池的充電反應(yīng)會(huì)釋放出硫酸,但硫化電池不能發(fā)生正常的充電反應(yīng),因此電解液密度也就上升緩慢甚至不上升。


? ? ? ?③內(nèi)阻的變化硫化電 池內(nèi)阻增加的主要原因是:粗大的PbSO4顆粒堵塞微孔弓|起較大的濃差極化,使電池的極化內(nèi)阻增大。當(dāng)電池的硫化比較嚴(yán)重,造成電池容量損失達(dá)50%以上時(shí),就會(huì)弓|起電池內(nèi)阻的快速增加。


? ? ? ?④極板的顏色和狀態(tài)硫化生 成的硫酸鉛呈白色堅(jiān)硬的顆粒狀, 其體積較鉛大,所以使電池負(fù)極板的表面較粗糙,嚴(yán)重時(shí)極板表面呈現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。因?yàn)榱蚧饕l(fā)生在負(fù)極板.上,所以在普通鉛蓄電池中,可通過(guò)觀察負(fù)極板的顏色來(lái)發(fā)現(xiàn),即負(fù)極板呈灰白色,嚴(yán)重時(shí)表面有白色斑點(diǎn)。而閥控式密封鉛蓄電池只有通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行解剖才能發(fā)現(xiàn)。

? ? ? ?(2)硫化的原因

? ? ? ?引起閥控式密封鉛蓄電池極板硫化的原因很多,但都直接或間接地與電池長(zhǎng)期處于放電或欠充電狀態(tài)有關(guān)。歸納起來(lái)有以下幾種。

? ? ? ?①長(zhǎng)期處于放電狀態(tài)這是 直接導(dǎo)致電池硫化的原因。其他許多原因(如第⑧~?條)間接引起電池硫化,也就是通過(guò)使電池放電,并使電池得不到及時(shí)充電而長(zhǎng)期處于放電狀態(tài)而引|起的。

? ? ? ?②長(zhǎng)期充電不足未得 到充電的那部分活性物質(zhì),因長(zhǎng)期處于放電狀態(tài)而硫化。如果浮充電壓過(guò)低或溫度下降時(shí),沒(méi)有提高閥控式密封鉛蓄電池的浮充電壓,即會(huì)造成電池長(zhǎng)期處于充電不足狀態(tài),從而使電池產(chǎn)生硫化故障。

? ? ? ?③經(jīng)常過(guò)量放電或小電流深放電這會(huì)使極板深處的活性物?***涑閃蛩崆?,它們須經(jīng)過(guò)過(guò)量充電才能得到恢復(fù),否則因得不到及時(shí)恢復(fù)而發(fā)生硫化。


? ? ? ?④放電后未及時(shí)充電鉛蓄電池要求在放電后24 h內(nèi)及時(shí)進(jìn)行充電,否則會(huì)發(fā)生硫化而不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充足電。


? ? ? ?⑤未及時(shí)進(jìn)行均衡充電鉛蓄電池組在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象,其原因是電池已出現(xiàn)了輕微的硫化,須進(jìn)行均衡充電以消除硫化,否則硫化會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

? ? ? ?⑥儲(chǔ)存期間未定期進(jìn)行充電維護(hù)鉛蓄電池在儲(chǔ)存期間會(huì)因自放電而失去容量,要求定期進(jìn)行充電維護(hù),否則會(huì)使電池長(zhǎng)時(shí)間處于放電狀態(tài)。

? ? ? ?⑦電解液量減少對(duì)于 普通鉛蓄電池來(lái)說(shuō)是電解液液面降低,使極板.上部暴露在空氣中;對(duì)于閥控式密封鉛蓄電池來(lái)說(shuō),是失水導(dǎo)致隔膜中電解液的飽和度降低,使極板不能有效地與電解液接觸,活性物質(zhì)因不能參與反應(yīng)而發(fā)生硫化。

? ? ? ?⑧內(nèi)部短路短路部分的活性物質(zhì)因不能發(fā)生充電反應(yīng)而長(zhǎng)期處于放電狀態(tài)。

? ? ? ?⑨自放電嚴(yán)重自放電 會(huì)使恢復(fù)的鉛或二氧化鉛很快又變成放電態(tài)的硫酸鉛,如果自放電嚴(yán)重,也就充不進(jìn)電。

? ? ? ?⑩電解液密度過(guò)高密 度過(guò)高,使電池自放電速度加快,且容易在極板內(nèi)層形成顆粒粗大的晶體。另外,密度過(guò)高,還會(huì)造成放電時(shí)誤以為電量充足而過(guò)量放電,而充電時(shí)誤以為電池已到了充電終期而實(shí)際充電不足,終引起硫化。


? ? ? ??溫度過(guò)高溫度過(guò)高 ,會(huì)使電池自放電的速度加快,且容易在極板內(nèi)層形成顆粒粗大的晶體。


? ? ? ?(3)硫化的處理

? ? ? ?①過(guò)量充電法當(dāng)鉛蓄電池的硫化程度輕微時(shí),可用過(guò)量充電法,即用專(zhuān)門(mén)的充放電儀單獨(dú)對(duì)硫化電池進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)量充電。

? ? ? ?②反復(fù)充放電法當(dāng)鉛 蓄電池的硫化程度較嚴(yán)重,用過(guò)量充電法不能恢復(fù)時(shí),可用反復(fù)充放電法。如果有閥控式密封鉛蓄電池專(zhuān)用的修復(fù)落后電池的充放電儀,可直接用它進(jìn)行反復(fù)的充放電處理。實(shí)際上,硫化比較嚴(yán)重的閥控式密封鉛蓄電池往往都伴隨有失水現(xiàn)象,所以,如果容量恢復(fù)的效果不好,則可設(shè)法打開(kāi)電池,補(bǔ)加適量的純水,再處理硫化故障。如果沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的充放電儀,則可打開(kāi)電池補(bǔ)加適量純水后, 用處理普通鉛蓄電池硫化的方法進(jìn)行處理。


? ? ? ?③脈沖充電法用脈沖 充電法處理硫化是近年來(lái)興起的容量恢復(fù)技術(shù),這種方法須用專(zhuān)門(mén)的脈沖充電儀器來(lái)進(jìn)行。利用這種儀器進(jìn)行修復(fù)的方法分為在線和離線兩種。


? ? ? ?●在線修復(fù):把能產(chǎn)生脈沖源的保護(hù)器并聯(lián)在電池的正負(fù)極柱,上,接上電源就會(huì)有脈沖輸出到電池。這種修復(fù)方式的特點(diǎn)是所需要的能源比較少,可以常年并聯(lián)在電池兩端,但修復(fù)速度比較慢。這種方法不僅可對(duì)硫化電池進(jìn)行修復(fù)處理,而且對(duì)于正常電池可以起到抑制硫化的作用。


? ? ? ?●離線修復(fù):修復(fù)儀可產(chǎn)生快速脈沖,脈沖電流相對(duì)比較大,產(chǎn)生脈沖的頻率比較高,主要是用來(lái)修復(fù)已經(jīng)硫化的電池。


? ? ? ?失水

? ? ? ?失水是指電池內(nèi)的電解液由于氧復(fù)合效率低于100 %和水的蒸發(fā)等因素導(dǎo)致水的逸出而引起電池內(nèi)水量的減少,并進(jìn)而造成電池放電性能大幅下降的現(xiàn)象。研究表明,當(dāng)電池內(nèi)水損失達(dá)到3.5ml/ ( A.h )時(shí),電池的放電容量將低于額定容量的75% ;當(dāng)水損失達(dá)到25%時(shí),電池就會(huì)失效。大部分閥控式密封鉛蓄電池容量下降的原因都是由于電池失水造成的。一旦電池失水,就會(huì)引|起電池正負(fù)極板跟隔膜脫離接觸或供酸量不足,造成電池因活性物質(zhì)無(wú)法參與電化學(xué)反應(yīng)而放不出電來(lái)。

? ? ? ?( 1 )失水的現(xiàn)象 閥控式密封鉛蓄電池發(fā)生失水后,因?yàn)槠涿芊夂拓氹娊庖航Y(jié)構(gòu),所以不能像普通鉛蓄電池(容器是透明的)那樣,直接用肉眼觀察到水的損失。


? ? ? ?①內(nèi)阻的變化當(dāng)電池失水比較嚴(yán)重 ,造成電池容量損失達(dá)50%以上時(shí),就會(huì)引|起電池內(nèi)阻的快速增加。


? ? ? ?②放電時(shí)的現(xiàn)象

? ? ? ?放電時(shí)的現(xiàn)象與硫化現(xiàn)象基本相同,即電池的容量和端電壓都出現(xiàn)下降。這是因?yàn)槭笫共糠謽O板不能與電解液有效地接觸,也就失去了部分容量,放電電壓也因此而下降。

? ? ? ?③充電時(shí)的現(xiàn)象

? ? ? ?電池失水后因?yàn)槭チ瞬糠秩萘?使充電的第一階段較快結(jié)束,即表現(xiàn)為電池充不進(jìn)電。

? ? ? ?由此可見(jiàn),電池發(fā)生失水后表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象與硫化現(xiàn)象基本相同。事實(shí)上這兩種故障之間有聯(lián)系,即硫化會(huì)加快水的損失,失水必然伴隨有硫化的發(fā)生。在通常情況下,只要平時(shí)按照有關(guān)規(guī)程進(jìn)行維護(hù),出現(xiàn)硫化故障的可能性很小,但長(zhǎng)時(shí)間的正常運(yùn)行會(huì)使水分逐漸減少,因此, 一旦出現(xiàn)容量下降,并充不進(jìn)電,則基本上可判斷電池內(nèi)部失水過(guò)多。

? ? ? ?(2)失冰的原因

? ? ? ?①氣體復(fù)合不完全在正常狀態(tài)下 ,閥控式密封鉛蓄電池的氣體復(fù)合效率也不可能達(dá)到***,通常只有97% ~ 98% ,即在正極產(chǎn)生的氧氣大約有2% ~ 3%不能被負(fù)極吸收,并從電池內(nèi)部逸出。氧氣是充電時(shí)分解水形成的,氧氣的逸出就相當(dāng)于水的逸出。2% ~ 3%的氧氣雖然不多,但長(zhǎng)期積累就會(huì)弓|起電池嚴(yán)重失水。

? ? ? ?②正極板柵腐蝕正極板柵腐 蝕要消耗水。

? ? ? ?③自放電正極 自放電析出的氧氣可以在負(fù)極被吸收,負(fù)極自放電析出的氫氣卻不能在正極被吸收,只能通過(guò)安全閥逸出而導(dǎo)致電池失水。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí),電池的自放電加速,因此而引起的失水會(huì)增多。

? ? ? ?④安全閥開(kāi)閥壓力過(guò)低電池安全閥的開(kāi)閥壓力設(shè)計(jì)不合理,當(dāng)開(kāi)閥壓力過(guò)低時(shí),將使安全閥頻繁開(kāi)啟,加速水的損失速度。

? ? ? ?⑤經(jīng)常均衡充電在均衡充電時(shí) ,由于提高了充電電壓,使析氧量增大,電池內(nèi)部的壓力也增大,一部分氧來(lái)不及復(fù)合就通過(guò)安全閥逸出電池。

? ? ? ?⑥電池密封不嚴(yán)相當(dāng)于 安全閥的開(kāi)閥壓力過(guò)低,引起失水的原因也與之相同。

? ? ? ?⑦浮充電壓控制不嚴(yán)通信用閥控式密封鉛蓄電池的工作方式是全浮充運(yùn)行,其浮充電壓有一定的范圍要求,而且須進(jìn)行溫度補(bǔ)償,其值的選擇對(duì)電池壽命影響極大。浮充電壓過(guò)高或浮充電壓沒(méi)有隨溫度的上升而相應(yīng)調(diào)低,就會(huì)使電池失水速度加快。

? ? ? ?⑧環(huán)境溫度過(guò)高環(huán)境溫度高的直接影響就是引起電池內(nèi)水的蒸發(fā),當(dāng)水蒸氣壓力達(dá)到安全閥的開(kāi)閥壓力時(shí),水就會(huì)通過(guò)安全閥逸出。所以閥控式密封鉛蓄電池的環(huán)境溫度要求很?chē)?yán),應(yīng)控制在( 20+5 )℃。

? ? ? ?( 3 )減少電池失水的措施

? ? ? ?①正確選擇和及時(shí)調(diào)整浮充電壓浮充電壓過(guò)高,則電池的電解水反應(yīng)加劇,析氣速度加快,其失水量必然增大;浮充電壓過(guò)低,雖然可降低電池內(nèi)的失水速度,但容易弓|起極板硫酸鹽化。因此須根據(jù)電源系統(tǒng)負(fù)荷電流大小、停電頻次、電池溫度和電池組新舊程度及時(shí)調(diào)整浮充電壓。

? ? ? ?②保持合適的環(huán)境溫度盡可能使環(huán)境溫度保持在( 20+5 ) °C范圍內(nèi),以保持電池內(nèi)部溫度不超過(guò)30°C ,機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度不得超過(guò)35°C。

? ? ? ?③定期檢測(cè)電池的內(nèi)阻(或電導(dǎo))雖然用電導(dǎo)儀測(cè)量電池的電導(dǎo)可以判斷電池的質(zhì)量狀態(tài),但是當(dāng)電池組的容量在額定容量的50%以上時(shí),測(cè)得的電導(dǎo)值幾乎沒(méi)有變化,只是在容量低于額定容量的50%時(shí),電池的電導(dǎo)值才會(huì)迅速下降。因此,當(dāng)蓄電池組中各單體電池的容量均大于80%的額定容量時(shí),就不能用電導(dǎo)(或內(nèi)阻)來(lái)估算電池容量和預(yù)測(cè)電池的使用壽命。然而對(duì)同一-電池而言 ,一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)阻異常增大,則很可能是失水所致。

? ? ? ?( 4 )失水的處理失水的處理流程為:打開(kāi)電池蓋-→補(bǔ)加純水-→處理硫化故障- +將電池密封。

? ? ? ?①適當(dāng)補(bǔ)加純水當(dāng)閥控式密封鉛蓄電池發(fā)生失水故障后,可設(shè)法補(bǔ)加純水。具體方法如下。

? ? ? ?●打開(kāi)電池蓋:因?yàn)殚y控式密封鉛蓄電池不是全密封的電池,都留有排氣通道,所以電池蓋與電池槽之間通常只是部分粘接在- -起 ,即留有縫隙用于排氣。只要找到粘接位置,用適當(dāng)?shù)墓ぞ呒纯纱蜷_(kāi)電池蓋。

? ? ? ?●補(bǔ)加適量的純水:給電池補(bǔ)加純水時(shí)要注意適量,因?yàn)殚y控式密封鉛蓄電池是貧液式電池,加水過(guò)多會(huì)堵塞氣體通道,影響氧氣的復(fù)合效率。不過(guò)氧復(fù)合效率低,會(huì)使過(guò)量的水被不斷消耗,并終使電池成為貧液狀態(tài)。但是,如果加水量太多,造成電解液成流動(dòng)狀態(tài),則會(huì)使側(cè)立安置的電池發(fā)生漏液現(xiàn)象。

? ? ? ?②處理硫化故障

? ? ? ?由于失水電池都伴隨有硫化故障,所以補(bǔ)加適量純水后,須按照處理硫化故障的方法消除硫化。電池容量恢復(fù)后,用粘接劑將電池密封好。密封時(shí)要注意在電池蓋和電池槽之間留出一定的排氣縫隙。
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