王德超

摘 要：本文從蓄電池的基本構(gòu)造和原理出發(fā)，闡述有關(guān)電池使用的基本知識(shí)，探討蓄電池失效原因，利用電池活化技術(shù)，延長蓄電池的使用壽命。

關(guān)鍵詞：蓄電池；失效；電解液；板柵；硫酸鹽化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.007

0 引言

技術(shù)進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展，使人們能夠經(jīng)常接觸普遍使用電子設(shè)備附帶的配件蓄電池，如手機(jī)鎳氫電池在長期循環(huán)使用中電池容量會(huì)逐漸減少，電池老化后會(huì)膨脹變形，或因充電時(shí)間過長造成電池發(fā)熱、膨脹、少數(shù)的也會(huì)發(fā)生爆炸。而電動(dòng)自行車閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA），在第一次使用時(shí)應(yīng)先將蓄電池充電到電量顯示充滿，防止在存放中電池組或單體自放電形成虧電，進(jìn)行第一次均衡充電后應(yīng)使用至電池電量顯示為空，第二次蓄電池充電時(shí)應(yīng)將蓄電池放置在25℃環(huán)境溫度下進(jìn)行充電并記錄整個(gè)充電周期使用時(shí)間（T），目的是測試與評估一次滿容量蓄電池的電動(dòng)車行駛使用的放電最長時(shí)間和電池最長充電周期時(shí)間（T），以后每次充電時(shí)間不得大于測試充電周期時(shí)間（T）。夏天避免在陽光下存放、充電，尤其是蓄電池循環(huán)使用一段時(shí)間，當(dāng)電量用空再進(jìn)行充電時(shí)，極容易造成達(dá)不到充電器自動(dòng)停止的最小電流而長時(shí)間給蓄電池充電，使電池發(fā)生熱失控、失水、甚至少數(shù)的也會(huì)自燃。這是電池充電器設(shè)計(jì)上的缺陷，所以蓄電池在達(dá)到最長充電時(shí)間（T）時(shí)必須注意切關(guān)斷充電電源停止充電，即能防止蓄電池過充，縮短或影響電池的使用壽命，又是避免蓄電池發(fā)生自燃最有效的方法。在深入思考人們會(huì)想蓄電池應(yīng)該怎樣使用，注意什么問題，才能確保安全、可靠、方便，并合理延長電池使用壽命。電池自燃、爆炸是產(chǎn)品廠家努力克服的問題，因?yàn)閱为?dú)分析充電設(shè)備或蓄電池它們本身單獨(dú)分析都不存在質(zhì)量問題，而它們配套組合使用后才會(huì)發(fā)生，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在缺陷，或是使用過程中出現(xiàn)尚未克服。這就需要使用與維護(hù)蓄電池人員必須盡量多的學(xué)習(xí)蓄電池知識(shí)。

1 蓄電池概述與原理

1.1 常用循環(huán)使用的電池

鉛酸電池（Lead-acid）：1859年、鎘鎳電池（NiCd）：1960年、鎳氫電池（NiMH）：1989年、鋰離子電池（Li-Ion）：1991年、聚合物鋰離子電池（Pl-Ion）：1999年使用。而我們討論的閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA），因它本身特性：儲(chǔ)電容量與放電電流大、穩(wěn)定性與可靠性高、維護(hù)工作量小、使用方便，目前廣泛應(yīng)用于通訊、金融、鐵路、電力領(lǐng)域。

1.2 閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA）工作原理

閥控密封鉛酸蓄電池由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔離物、安全閥、容器組成，其中正極板活性物質(zhì)二氧鉛、負(fù)極板活性物質(zhì)海綿絮狀鉛、在稀硫酸電解質(zhì)中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，電位高的正極與電位低的負(fù)極之間產(chǎn)生電位差，當(dāng)外電路接通后電流從正極經(jīng)過外電路流向負(fù)極。 放電與充電化學(xué)反應(yīng)方程：

充電：PbSO4+2H2O+ PbSO4=PbO4+Pb+2H2SO4 （電解池）

放電：PbO2+Pb+2H2SO4=PbSO4+2H2O+ PbSO4 （原電池）

陽極：PbSO4 + 2H2O- 2e = PbO2 + 4H+ + SO4?‐（充電）

陰極：PbSO4 + 2e ‐= Pb + SO4? （充電）

負(fù)極：Pb + SO4?‐- 2e= PbSO4 （放電）

正極：PbO2 + 4H+ +SO4?‐+ 2e = PbSO4 + 2H2O （放電）

2 蓄電池容量與失效探討

2.1 蓄電池容量特性的探討

蓄電池充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行電量儲(chǔ)存，使用時(shí)通過放電形式又將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能對外提供電源。提供電源的多少即為蓄電池實(shí)際輸出容量（C）用輸出電流大?。á瘢┡c持續(xù)供電時(shí)間（t）的乘積計(jì)算、C=∫0tIdt 。而蓄電池標(biāo)注的額定容量是在規(guī)定的工作條件下蓄電池能夠放出的電量，規(guī)定的條件為：電流Ⅰ是10小時(shí)率電流放電、電解質(zhì)溫度為25℃、放電終止電壓1.8V（單體2V的蓄電池）。由此不難推斷，使用中的蓄電池容量與不同的使用條件密切相關(guān)，它并不是一個(gè)恒定不變的容量。蓄電池標(biāo)注額定容量，只是蓄電池在特定環(huán)境、特定負(fù)載、特定時(shí)間段上的一個(gè)特定測試值。實(shí)際使用中蓄電池放電容量并不能夠與蓄電池標(biāo)注額定容量相同，而人們在使用中甚至從事多年蓄電池維護(hù)人員都會(huì)將蓄電池標(biāo)注容量與蓄電池使用中實(shí)際能夠放出的容量容易混淆，形成錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，結(jié)果導(dǎo)致蓄電池深度放電或過放電，最終造成蓄電池極板硫化、腐蝕變形、甚至造成蓄電池使用很短時(shí)間就會(huì)失效。

2.2 造成閥控鉛酸蓄電池失效的因素分析

閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA）生產(chǎn)廠家介紹，蓄電池一般可使用10年以上完全實(shí)現(xiàn)了免除維護(hù)。同時(shí)從事蓄電池專業(yè)研究人員的書籍中根據(jù)閥控密封鉛酸蓄電池原理、特性及制造工藝的改進(jìn)分析論證了免維護(hù)可能性、先進(jìn)性。比如設(shè)計(jì)安裝安全閥建立蓄電池內(nèi)部氣密空間克服電池產(chǎn)生氧氣積累內(nèi)部過壓，保證安全閥氣壓在10～49kPa打開，蓄電池內(nèi)部減壓后自動(dòng)關(guān)閉，減少蓄電池失水，防止電池內(nèi)部過壓殼體膨脹。然而令人感到困惑的是蓄電池在實(shí)際投入使用后3、4年或更短的時(shí)間蓄電池就會(huì)出現(xiàn)儲(chǔ)存容量下降至額定容量的40﹪～50﹪甚至完全失效。為尋求有效克服蓄電池儲(chǔ)存容量下降辦法，查閱學(xué)習(xí)了大量相關(guān)資料并結(jié)合多年使用與維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)分析造成蓄電池失效的主要原因歸納為產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)與工藝的不同，使用機(jī)房環(huán)境溫度，供電負(fù)載大小，維護(hù)觀念與方法的差異都是影響蓄電池儲(chǔ)存容量下降的直接因素，具體表現(xiàn)為蓄電池正極板柵腐蝕、電解液失水過大、負(fù)極硫化。其中維護(hù)方法影響電池容量的是使用中負(fù)載過大造成電池失水或過小會(huì)使電池活性物質(zhì)硫化、電池深度放電或過放電、電池長時(shí)間不放電、電池充電參數(shù)設(shè)置不合理如均衡充電電壓過高或浮充電壓過低、均衡充電時(shí)間過長。

3 蓄電池活化技術(shù)探討與應(yīng)用

3.1 脈沖充電技術(shù)

蓄電池充電方式通常有浮充充電與均衡充電都是在電池沒有放電的條件下補(bǔ)足電池自放電的電量或?yàn)榫怆姵仉妷哼M(jìn)行均充充電，其缺點(diǎn)不能有效激活電池極板的活性物質(zhì)，電池長時(shí)間處于浮充狀態(tài)，容易造成電池板柵不同程度的硫化。脈沖充電方式通過短時(shí)間放電與均衡充電相結(jié)合，均衡電壓與大電流作用于蓄電池可以有效消除極板硫化提高電池容量。根據(jù)通通信機(jī)房蓄電池使用時(shí)間判斷電池容量損失程度，電池投入使用兩年、機(jī)房停電次數(shù)較少、供給負(fù)載與蓄電池10小時(shí)（H）放電率比較負(fù)載較小。一般都會(huì)出現(xiàn)落后電池或單體浮充電壓不均衡，放電時(shí)容量小于80%，如果不進(jìn)行維護(hù)就會(huì)影響整組中其它單體偏離標(biāo)準(zhǔn)浮充電壓。由于電池組使用時(shí)間較短各單體板柵硫化顆粒較小，脈沖充電方法很容易激活板柵活性物質(zhì)。具體操作方法：將高頻開關(guān)電源充電電流設(shè)置為5小時(shí)充電率大小，假負(fù)載大小設(shè)置為電池5小時(shí)放電率大小，并連在電池組輸出端，關(guān)斷高頻開關(guān)電源交流電源利用電池放電給通信設(shè)備與假負(fù)載供電15分鐘再接通高頻開關(guān)電源交流電源給蓄電池充電10分鐘為一個(gè)周期循環(huán)，放電時(shí)間大于充電時(shí)間便于極板活性物質(zhì)向深層活化。經(jīng)過反復(fù)幾個(gè)周期循環(huán)就能有效的激活整組各單體的板柵活性物質(zhì)，落后單體電池也能有效恢復(fù)。利用脈沖活化技術(shù)對電池進(jìn)行每2年一次脈沖充電，基本能夠保證電池使用壽命。

3.2 添加電解液與脈沖充電技術(shù)

VRLA蓄電池失水是影響電池壽命的主要因素之一，電池失水的原因：電池投入使用較長時(shí)間，蓄電池經(jīng)常深度放電、機(jī)房環(huán)境溫度較高、放電電流大、安全閥失效。電池失水的具體表現(xiàn)：電池放電電壓下降快放電特性差、充電電壓上升快、大電流充電單體溫度偏高、浮充電壓偏低。電池失水都伴隨單體板柵硫化（下一篇單獨(dú)探討電池硫化現(xiàn)象）與極板腐蝕。電池活化具體操作：從安全閥孔注入電解液，電解液濃度低于0.5～1.0g/cm3、添加電解液每100AH為單位加注30～50ml（毫升）、應(yīng)該注意的是先將電池側(cè)放單側(cè)板柵頂部添加一半電解液靜置后再添加另一側(cè)，有助于電解液在電池各板柵均勻吸收。第二步脈沖充電，利用高頻開關(guān)電源單獨(dú)給電池充電，放電利用假負(fù)載進(jìn)行，對于蓄電池容量恢復(fù)有很好的效果。

4 結(jié)語

本文主旨對于蓄電池使用者闡述蓄電池充電要求，注意事項(xiàng)。與蓄電池研究或維護(hù)者探討蓄電池壽命延長技術(shù)措施。目的是降低企業(yè)投入成本，減少對環(huán)境污染。

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