電動自行車電池的失效現象和原因 (二)

www.sail-shipping.com 來源：電動車商情網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-9-1 1

摘要：通過對電動自行車使用的閥控密封式鉛酸蓄電池主要的失效分析，探討了降低電池失效率采取的一些有效方法，實現電動自行車鉛酸蓄電池保用2年的夢想。第二是電池的硫化問題在解剖失效電池中，單純硫化失效的電池不是很多，但是，幾乎所有的電池都不同程度的存在著硫化。一些電池在做70%的1C充電和60％的2C放電中，由于采用連續大電流循環，破壞了電池生成大硫酸鉛結晶的條件，所以可能看不到硫化對電池的破壞。如果試驗中途停頓，電池硫化的問題就會顯現。由于電池重量大，一些用戶經常采取電池經過多次使用放完電才再次充電，這樣電池放電以后沒有及時充電，電池的硫化就比較嚴重。另外，電池的硫酸比重比較高，也是硫化的重要因素。而電池的硫化，破壞了負極板氧循環的能力，形成更加容易失水。這樣，電池的硫酸比重更加高，導致更加容易硫化。所以，電池硫化的程度可能不同，但是對電池的壽命影響也是不可忽略的。第三是漏酸問題在電池密封和排氣閥沒有問題的時候，也會出現漏液。很多電池在灌酸以后，電池處于富液狀態，電池沒有氧循環。電池處于開口狀態的三充二放把多余的電解液排出。硫酸比重再次提高。在蓋(Guy)排氣閥的時候，電解液沒有吸光，還存在游離酸。即使把游離酸吸光，電池還是處在“準貧液”狀態。隔板中的電解液相對要多一些。而隔板中稍多的電解液影響氧循環，這樣，對新電池進行充電的時候，排氣量比較大，帶出的硫酸比較多。形成“漏酸”。而膠體電池前50～100個循環，電池處于富液到貧液的轉換期，排氣比較嚴重，排氣帶出膠體微粒形成了“漏酸”。第四是正極板軟化問題正極板活性物質的有效成分是氧化鉛，氧化鉛分α－PbO2和β－PbO2，其中，α－PbO2是活性物質的骨架，容量比較小；β－PbO2依附α－PbO2構成的骨架上面，其荷電能力比α－PbO2強很多。氧化鉛放電以后輸出硫酸鉛，充電時硫酸鉛生產氧化鉛。而充電的時候，在強酸環境中只能夠生成β－PbO2。所以電池深放電以后，一旦具有骨架作用的α－PbO2參與放電生成硫酸鉛以后，就再也不能夠恢復成為α－PbO2，而充電只能生成β－PbO2。正極板軟化就出現了。正極板一旦出現軟化，起到支持作用的多孔結構被破壞了，正極板的多孔被電池極板的壓力壓實了，就降低了參與反應的真實面積，電池容量就下降了。這樣，防止過放電就是控制正極板軟化的重要措施。而這個是控制器的欠壓保護。如果欠壓保護電壓過低，電池就會出現過放電，一些α－PbO2參與放電，就會出現正極板軟化。放電的時候，如果連續放電電流比較大，深層的β－PbO2來不及參與放電反應，外層的α－PbO2就要參與放電反應，這樣，也會形成正極板軟化。所以控制器中的限流參數也非常重要。電摩的放電電流相對比較大，差不多在1C左右放電，加上放電深度相對比較深，所以非常容易產生正極板軟化。每次放電，或多或少的總要有一點點α－PbO2參與反應。所以，一個正常使用的電池，在不失水也不硫化，也沒有過放電的情況下，電池的壽命就取決于正極板軟化。第五就是電池均衡問題電池不均衡主要有兩種表現形式，其一是某單只電池容量低，其二是電池荷電容量低。第二種情況是說該電池的容量并不低，但是該電池沒有充滿電。第一種情況是該電池放電的時候，提前反應電壓下降的快，充電的時候電壓上升也快。第二種情況是充電荷放電電池的電壓都低。其縮短電池壽命的原因如下： 1、充電時電壓高的電池會增加失水，電壓低的電池會欠充電； 2、放電的時候，電壓低的會出現過放電，形成電池正極板軟化。這樣，容量低的電池在每次放電的時候放電深度比其他電池深度深，所以正極板軟化的快。二充電電壓高的失水，充電電壓低的欠充電。如果一只電池荷電少，就存在充電少，放電深的問題。這樣該電池就會同時產生正極板軟化荷硫化的問題。產生電池不均衡的原因如下： 1、對串連電池組的組配不好，存在著容量差和開路電壓差，這是原始就有誤差的問題； 2、電池開閥壓有差別，失水不同，形成后天電池的容量差； 3、電池的自放電不同，逐步形成荷電容量的差異； 4、失水不同，形成電池實際的硫酸比重不同，形成開路電壓差； 5、電池壽命差，在后期反應一只電池容量下降，影響其他電池的正常狀態。要改進電池的不均衡問題，首先就要改善電池在制造期間的工藝一致性問題。這也是國內多數電池制造商的主要問題。例如，最好的電池制造商的板柵是采用壓鑄的，而國內相當多的電池制造商連鑄板機都沒有，還是手工澆鑄。第六是熱失控密封電池的最基本原理之一就是正極板析氧以后，氧氣直接到負極板，被負極板吸收而還原為水，考核電池這個技術指標的參數叫做“密封反應效率”，這種現象叫做“氧循環”。這樣，電池的失水很少，實現了“免維護”，就是免加水。為此，都要求負極板容量做的比正極板容量大一些，叫做負極過渡。電池在充入電量達到70％以后，電池的極化電壓相對比較高，充電的副反應開始逐步增加。電解水開始了。在充電的單格電壓達到2.35V以后，首先正極板析氧，在達到2.42V以后，負極板開始析氫。這時候充電的電能轉變為化學能減少，轉變為電解水的能量增加。充電過程的是否析氣取決于充電電壓，析氣量取決于達到析氣電壓以后的充電電流。所以，在充電過程中，充電電壓在進入恒壓以后，電壓開始接近于最高，充電電流也保持限流值。這時候析氣量最大。在進入恒壓以后，充電電流應該逐步下降，析氣量也應該逐步下降。充電本身是放熱反應，一般電池的熱設計是可以控制溫升的。在電池大量析氣以后，氧氣在負極板復合為水，發熱量遠遠大于充電時的發熱。密封電池希望負極板具有良好的氧循環能力，但是，氧循環也會產生發熱。所以，氧循環是一把雙刃劍，好處是減少了水損失，壞處是電池會發熱。如果電池發熱，在恒壓充電的條件下，氧循環電流也參與了充電電流，所以充電電流下降速率下降。而電池發熱，會引起充電電流下降速率降低，甚至會引起電流反升。而充電電流在電池發熱的作用下，一旦電流反升，又增加了發熱。這樣，充電電流一直會上升到限流值。電池發高熱，并且積累熱，一直到電池外殼發生熱軟化變形。而電池的熱變形時，內部氣壓高，所以呈現電池鼓脹，這就是電池熱失控而損壞電池。電池一旦出現嚴重鼓脹，漏酸和漏氣的問題也出現了，電池會出現急性失效。誘發電池鼓脹的原因有很多。如果充電電壓高，析氣量大，會產生熱失控。如果某一組電池或者某一個單格電池發生嚴重落后，而充電的恒壓值不變，其他的單格電池也會出現充電電壓相對過高，也會產生熱失控問題。第七是電池異常故障為了增加電池的容量，目前電動自行車電池的隔板相對比其他電池的隔板薄一些，負極板的硫酸鉛結晶長大，充電以后出現少量硫酸鉛遺留在隔板中，遺留在隔板中的硫酸鉛一旦被還原稱為鉛，積累多了，電池就會出現微短路。這種現象叫做“鉛枝搭橋”。產生這種微短路，輕的產生該單格電壓落后，嚴重的時候會出現單格短路。這種現象不僅僅出現在膠體電池中，在普通的AGM電池中也會出現。一旦出現電池的單格嚴重落后，電池還很容易出現熱失控現象。還有就是極群組裝虛焊問題。容易產生虛焊的地方是極板。而每個電池的單格有15片極板，就是15個焊點，一個電池有6個單格，就有90個焊點，一組電池由3個電池組成，就要270個焊點。如果一個焊點存在虛焊，該單格容量就下降，進而該單格形成電池落后，形成整個電池都落后，電池就會形成嚴重的不均衡。就會使改組電池提前失效。如果虛焊率達到萬分之一，平均每37組電池就有一組電池存在這種虛焊，這是絕對不能夠允許的。而鉛鈣合金的電池，在焊接的時候會析出鈣而掩蓋(Guy)虛焊問題，這樣，很多電池制造商寧愿還采用低銻合金的板柵而沒有采用簡單的鉛鈣合金。