閥控密封式鉛酸善電池的原理及其運行維護
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
4 失效的機制
閥控蓄電池是一個復(fù)雜的電化學(xué)體系，其性能和壽命取決于制備電極的材料、工藝、活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、電池運行狀態(tài)和條件等。它的失效因素主要有如下幾種。
1)正極板的腐蝕
對浮充電使用的電池，板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素。在電池過充電狀態(tài)下，正負(fù)極板上反應(yīng)如下：
可見，負(fù)極產(chǎn)生水，降低了酸度，而正極反應(yīng)產(chǎn)生H+，加速了正極板柵的腐蝕。閥控蓄電池中的電解液固定，在浮充過程中由于氧復(fù)合的作用，其浮充電流高于流動電解液的蓄電池，同時正極的電位也比流動電解液蓄電池中高。因此對閥控蓄電池來說其板柵腐蝕的問題尤為重要。
2)水損失
閥控蓄電池在使用期間氧復(fù)合機制的效率不是100％，由于再化合反應(yīng)不完全及板柵腐蝕引起水的損失，當(dāng)每次充電時，由于產(chǎn)生氣體的速率大于氣體再化合速率，導(dǎo)致一部分氣體逸出，造成水的損失。閥控蓄電池因為其電解液不可補充，所以失水也是其特有的失效原因之一。
3)枝狀結(jié)晶生成
閥控蓄電池由于電解液不流動所以不易產(chǎn)生枝狀晶體。但當(dāng)閥控蓄電池處于過放電狀態(tài)，或長期以放電狀態(tài)放置時，枝狀晶體穿透隔膜的現(xiàn)象仍會發(fā)生。在這種情況下，負(fù)極pH值增加，極板上生成可溶性鉛顆粒，促進(jìn)板狀結(jié)晶生成穿透隔膜造成極間短路，使電池失效。這種失效電池的電壓為零。
4)負(fù)極板硫酸鹽化
負(fù)極在電池充、放電中的反應(yīng)：
放電過程Pb+H2SO4―2e-→PbSO4+2H+
充電過程Pb+1／2O2+H2SO4→PbSO4+H2O
由于白化合反應(yīng)的發(fā)生，無論電池處于充電或放電狀態(tài)，負(fù)板總有硫酸鉛存在，使負(fù)極長期處于非完全充電狀態(tài)，形成不可逆硫酸鉛，使電池容量減少，導(dǎo)致電池失效。閥控蓄電池比防酸隔爆蓄電池更易出現(xiàn)負(fù)極的硫酸化。這是由于：①實現(xiàn)氧循環(huán)而造成的負(fù)極板較低的電位；②固定的電解液造成的電解質(zhì)的分層。
5)熱失控
熱失控是閥控蓄電池所特有的一種失效模式熱，它與閉合氧循環(huán)的機理有關(guān)。水分解為氫氣和氧氣的過程會產(chǎn)生熱量，每18克水分解產(chǎn)生210．6千焦的熱量。常規(guī)蓄電池在充電時，除了活性物質(zhì)的再生外，還有電解質(zhì)中的水電解生成氫氣和氧氣。氣體從電池內(nèi)析出的過程中帶走了水電解所產(chǎn)生的熱量。閥控蓄電池在充電時內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣流向負(fù)極，氧氣在負(fù)極板使活性物質(zhì)海棉狀鉛氧化，并有效地補充了電解而失去的水。這樣，雖然消除了爆炸性混合氣體排出的問題，但這種密封結(jié)構(gòu)使得熱擴散減少了一種重要途徑，散熱只能通過電池殼壁的熱傳導(dǎo)進(jìn)行。
當(dāng)VRLA電池工作在浮充或完全再化合模式的過充狀態(tài)時，沒有純化學(xué)反應(yīng)，幾乎所有過充的能量都轉(zhuǎn)化成熱能。如果系統(tǒng)周圍環(huán)境能將產(chǎn)生的熱散發(fā)并達(dá)到平衡，那么就沒有熱失控問題。當(dāng)再化合反應(yīng)熱量升高率超過了散熱率，電池的溫度就會升高并且需要更大的電流來維持浮充電壓。而額外的電流又引起更多的化合反應(yīng)和熱量產(chǎn)生，從而進(jìn)一上使電流溫度升高，并如此往復(fù)。這種純效應(yīng)加速電池干涸和內(nèi)部壓力的升高，嚴(yán)重時會造成電池熔化或爆炸起火。熱失控的潛在問題會由于環(huán)境溫度的升高、單體或充電系統(tǒng)的故障而進(jìn)一步惡化。因此電池安裝時良好的通風(fēng)和合適的環(huán)境溫度很重要。為降低發(fā)生熱失控的風(fēng)險，充電裝置的浮充電壓應(yīng)根據(jù)蓄電池的環(huán)境溫度進(jìn)行溫度補償。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/181404.htm
5 影響壽命的主要因素
有些用戶認(rèn)為閥控蓄電池是免維護電池，廠家也有類似的誤導(dǎo)宣傳。閥控蓄電池特有的氧復(fù)合機理和閥控密封的結(jié)構(gòu)，雖然在一定程度上減少了它的維護工作量，但使得其比防酸隔爆蓄電池在可靠性和魯棒性上有所下降，更容易受環(huán)境的變化、使用條件等因素的影響。過充、過放、滲液、環(huán)境溫度過高、浮充電壓過高等因素對閥控蓄電池的健康影響更大。
1)環(huán)境溫度
環(huán)境溫度過高對閥控蓄電池使用壽命的影響很大。溫度升高時，蓄電池的極板腐蝕將加劇，同時將消耗更多的水，從而使電池壽命縮短。閥控蓄電在使用中對溫度有一定要求。典型的閥控蓄電池高于25℃時，每升高6～9℃，電池壽命縮短一半。因此，其浮充電壓應(yīng)根據(jù)溫度進(jìn)行補償，一般為2～4 mV／℃，而現(xiàn)有很多充電機沒有此功能。為達(dá)到閥控蓄電池的最佳使用壽命，應(yīng)盡可能創(chuàng)造恒溫下的使用環(huán)境，同時保持蓄電池良好的通風(fēng)和散熱條件。具體來說，安放蓄電池的房間應(yīng)有空調(diào)設(shè)備。蓄電池擺放要留有適當(dāng)?shù)拈g距，改善電池與環(huán)境媒介的熱交換。電池間保持不小于15mm的間隙，電池與上層隔板間有不小于150mm的間距的“通風(fēng)道”來降低溫升。
2)過度充電
提升浮充電壓，或環(huán)境溫度升高，使充入電流陡升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，如圖1所示，在0．05C時復(fù)合率為90％，當(dāng)電流在0．1C時，氣體再化合效率近似為零。由于過充電將使產(chǎn)生的氣體不可能完全被再化合，從而引起電池內(nèi)部壓力增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定壓力時，安全閥打開，氫氣和氧氣逸出，同時帶出酸霧，消耗了有限的電解液，導(dǎo)致電池容量下降或早期失效。其次，在長期過充電狀態(tài)下，H+增加，從而導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵腐蝕加速，使板柵變薄，加速電池的腐蝕，使電池容量降低，從而影響蓄電池的壽命。為避免產(chǎn)生多余的氣體，閥控蓄電池對充電機穩(wěn)壓、限流精度提出了較高的要求。
評論