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        鉛酸蓄電池充放電的“熱失效”

        編輯:貝朗斯動力商城 發表時間:2020-06-17 瀏覽量: 2147

        導致鉛酸蓄電池熱失效的原因有很多種,失效模式主要分為:干涸失效模式、容量過早損失的失效模式、熱失控的失效模式、負極不可逆硫酸鹽化、板柵腐蝕與伸長等。


        一、干涸失效模式
          
          從閥控鉛酸蓄電池中排出氫氣、氧氣、水蒸氣、酸霧,都是電池失水的方式和干涸的原因。干涸造成電池失效這一因素是閥控鉛酸蓄電池所特有的。失水的原因有四:①氣體再化合的效率低;②從電池殼體中滲出水;③板柵腐蝕消耗水;④自放電損失水。
          
         ?。ㄒ唬怏w再化合效率
          
          氣體再化合效率與選擇浮充電壓關系很大。電壓選擇過低,雖然氧氣析出少,復合效率高,但個別電池會由于長期充電不足造成負極鹽化而失效,使電池壽命縮短。浮充電壓選擇過高,氣體析出量增加,氣體再化合效率低,雖避免了負極失效,但安全閥頻繁開啟,失水多,正極板柵也有腐蝕。影響電池壽命。
          
         ?。ǘ臍んw材料滲透水分
          
          各種電池殼體材料的有關性能見下表。從表中數據看出,ABS材料的水蒸氣滲透率較大,但強度好。電池殼體的滲透率,除取決于殼體材料種類、性質外,還與其壁厚、殼體內外間水蒸氣壓差有關。

        (三)板柵腐蝕
          
          板柵腐蝕也會造成水分的消耗,其反應為:
          
         Pb + 2H2O   →      PbO2 + 4H+ + 4e-

         ?。ㄋ模┳苑烹?br />   
          正極自放電析出的氧氣可以在負極再化合而不至于失水,但負極析出的氫不能在正極復合,會在電池累積,從安全閥排出而失水,尤其是電池在較高溫度下貯存時,自放電加速。
          
          二、容量過早損失的失效模式
          
          在閥控鉛酸蓄電池中使用了低銻或無銻的板柵合金,早期容量損失常容易在如下條件發生:
          
         ?、俨贿m宜的循環條件,諸如連續高速率放電、深放電、充電開始時低的電流密度;
          
         ?、谌狈μ厥馓砑觿┤鏢b、Sn、H3PO4;
          
         ?、鄣退俾史烹姇r高的活性物質利用率、電解液高度過剩、極板過薄等;
          
         ?、芑钚晕镔|視密度過低,裝配壓力過低等。
          
          三、熱失控的失效模式
          
          大多數電池體系都存在發熱問題,在閥控鉛酸蓄電池中可能性更大,這是由于:氧再化合過程使電池內產生更多的熱量;排出的氣體量小,減少了熱的消散;
          
          若閥控鉛酸蓄電池工作環境溫度過高,或充電設備電壓失控,則電池充電量會增加過快,電池內部溫度隨之增加,電池散熱不佳,從而產生過熱,電池內阻下降,充電電流又進一步升高,內阻進一步降低。如此反復形成惡性循環,直到熱失控使電池殼體嚴重變形、漲裂。為杜絕熱失控的發生,要采用相應的措施:
          
         ?、俪潆娫O備應有溫度補償功能或限流;
          
         ?、趪栏窨刂瓢踩y質量,以使電池內部氣體正常排出;
          
         ?、坌铍姵匾O置在通風良好的位置,并控制電池溫度。
          
          四、負極不可逆硫酸鹽化
          
          在正常條件下,鉛蓄電池在放電時形成硫酸鉛結晶,在充電時能較容易地還原為鉛。如果電池的使用和維護不當,例如經常處于充電不足或過放電,負極就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛,它幾乎不溶解,用常規方法充電很難使它轉化為活性物質,從而減少了電池容量,甚至成為蓄電池壽命終止的原因,這種現象稱為極板的不可逆硫酸鹽化。
          
          為了防止負極發生不可逆硫酸鹽化,必須對蓄電池及時充電,不可過放電。
          
          五、板柵腐蝕與伸長
          
          在鉛酸蓄電池中,正極板柵比負極板柵厚,原因之一是在充電時,特別是在過充電時,正極板柵要遭到腐蝕,逐漸被氧化成二氧化鉛而失去板柵的作用,為補償其腐蝕量必須加粗加厚正極板柵。
          
          所以在實際運行過程中,一定要根據環境溫度選擇合適的浮充電壓,浮充電壓過高,除引起水損失加速外,也引起正極板柵腐蝕加速。當合金板柵發生腐蝕時,產生應力,致使極板變形、伸長,從而使極板邊緣間或極板與匯流排頂部短路;而且閥控鉛酸蓄電池的壽命取決于正極板壽命,其設計壽命是按正極板柵合金的腐蝕速率進行計算的,正極板柵被腐蝕的越多,電池的剩余容量就越少;電池壽命就越短。





        鉛酸蓄電池的容量大小,存在多少,決定電池的工作時間及壽命,鉛蓄電池容量隨放電倍率增大而降低,在談到容量時,必須指明放電的時率或倍率。電池容量隨放電時率或倍率不同而不同。

         一、放電率對電池容量的影響
          
          鉛蓄電池容量隨放電倍率增大而降低,在談到容量時,必須指明放電的時率或倍率。電池容量隨放電時率或倍率不同而不同。
          
          (一)容量與放電時率的關系
          
          對于一給定電池,在不同時率下放電,將有不同的容量,下表為華達GFM1000電池在常溫下不同放電時率放電時的額定容量。

        (二)高倍率放電時容量下降的原因
          
          放電倍率越高,放電電流密度越大,電流在電極上分布越不均勻,電流優先分布在離主體電解液最近的表面上,從而在電極的最外表面優先生成PbSO4。PbSO4的體積比PbO2和Pb大,于是放電產物硫酸鉛堵塞多孔電極的孔口,電解液則不能充分供應電極內部反應的需要,電極內部物質不能得到充分利用,因而高倍率放電時容量降低。
          
         ?。ㄈ┓烹婋娏髋c電極作用深度關系
          
          在大電流放電時,活性物質沿厚度方向的作用深度有限,電流越大其作用深度越小,活性物質被利用的程度越低,電池給出的容量也就越小。電極在低電流密度下放電,i≤100A/m2時,活性物質的作用深度為3×10-3m—5×10-3m,這時多孔電極內部表面可充分利用。而當電極在高電流密度下放電,i≥200A/m2時,活性物質的作用深度急劇下降,約為0.12×10-3m,活性物質深處很少利用,這時擴散已成為限制容量的決定因素。
          
          在大電流放電時,由于極化和內阻的存在,電池的端電壓低,電壓降損失增加,使電池端電壓下降快,也影響容量。
          
          二、溫度對電池容量的影響
          
          環境溫度對電池的容量影響較大,隨著環境溫度的降低,容量減小。環境溫度變化1℃時的電池容量變化稱為容量的溫度系數。
          
          根據國家標準,如環境溫度不是25℃,則需將實測容量按以下公式換算成25℃基準溫度時的實際容量Ce,其值應符合標準。
         Ce=Ct/【1+K(t-25℃)】
          公式中:t是放電時的環境溫度
          
          K是溫度系數,10hr的容量實驗時K=0.006/℃,3hr的容量實驗時K=0.008/℃,1hr的容量實驗時K=0.01/℃
          
          三、閥控鉛酸蓄電池容量的計算
          
          閥控鉛酸蓄電池的實際容量與放電制度(放電率、溫度、終止電壓)和電池的結構有關。如果電池是以恒定電流放電,放電至規定的終止電壓,電池的實際容量Ct=放電電流I×放電時間t,單位是Ah。

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