2022年铅酸蓄电池的失效机理及检测 .pdf

铅酸蓄电池的失效机理及检测杭州高特电子设备有限公司版权所有，严禁转载或二次加工，谢谢！自从 1859 年法国人普兰特发明铅酸蓄电池以来已有一百多年的历史了，一百多年来铅蓄电池已有了极大的发展。七十年代初，密封阀控铅酸电池的出现更以其密封、免维护、自放电小、性能稳定、经济实用等优点而迅速占领市场，广泛应用于电力工业和邮电通信。然而由于电池本身的设计、生产工艺及使用维护等原因，电池早期失效现象常有发生，尤其是国产免维护电池，有的只用了2-3 年，远远短于预期寿命，严重影响了系统的安全运行。一、阀控电池的失效机理阀控式铅蓄电池是一个复杂的电化学体系，电池的性能和寿命取决于制备电极的材料、工艺、活性物质的组成和结构、及电池运行状态和条件等。它的失效因素也是非常多的，基本上可分为三类：1、 电池设计结构上的因素1.1 极板的腐蚀对浮充电使用的电池，板棚腐蚀是限定电池寿命的重要因素，在电池过充电状态下，正负极板上反应如下：正极： 2H2O O2+H+4e- 负极： Pb+1/2O2 +2H+SO42- PbSO4 + H2O PbSO4 + 2e- Pb+SO42- 负极净反应：1/2O2 +2H+2e-H2O 可见，负极产生水，降低了酸度，而正极反应产生H+，加速了正极板栅的腐蚀。1.2 水损失由于再化合反应不完全及板栅腐蚀引起水的损失，当每次充电时，由于产生气体的速率大于气体再化合速率，导致一部分气体逸出，损成水的损失。正极栅的腐蚀也是造成水损失的因素之一，其腐蚀反应为：Pb+2H2O PbO2+4H+4e- 1.3 枝状结晶生成名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 当电池处于放电状态，或长期以放电状态放置，这种情况下，负极PH 值增加，极板上生成可溶性铅颗粒，促进板状结晶生成穿透隔膜造成极间短路，使电池失效。1.4 负极板硫酸盐化负极在电池充放电中的反应放电过程： Pb+H2SO4-2e- PbSO4+2H+充电过程：Pb+1/2O2+H2SO4PbSO4+H2O 由于自化合反应的发生，无论电池处于充电或放电状态,负板总有硫酸铅存在，使负极长期处于非完全充电状态，形成不可逆硫酸铅，使电池容量减少，导致电池失效。1.5 热失控在充电过程中，电池内的再化合反应将产生大量的热能，由于蓄电池的密封结构使热量不易散出，导致电池温升过高失效。2、 生产电池工艺质量的因素在实际情况中，由于电池生产工艺质量的问题，如原材料成份不稳定，极板涂膏量不一致，极耳腐蚀断裂，壳体和壳盖间渗透漏液，阀盖开闭不灵等，都造成电池性能离散性大，也是电池早期失效的主要因素。3、 使用环境因素一般用户都认为免维护电池是不需要维护的，厂家也有类似的误导宣传，而实际上阀控电池在维护上应该加强而不是免维护或少维护，表现在二个方面：3.1 由于过充电将使产生的气体不可能完全被再化合，从而引起电池内部压力增加，当到一定压力时，安全阀打开，氢气和氧气逸出，同时带出酸雾，消耗了有限的电解液，导致电池容量下降或早期失效。为避免产生多余的气体，阀控电池对充电机稳压、限流精度提出了较高的要求，而现有的可控硅相位控制稳压的充电机几乎都不能做到。3.2 阀控电池在使用中对温度也有一定要求。国外资料介绍当高于25时，每升高6-9， 电池寿命缩短一半。浮充电压，也应根据温度进行补偿，一般为-24mV/ ，而现有很多充电机没有此功能。二、蓄电池的检测方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 由于蓄电池在实际应用中作为后备电源使用，是保证不间断供电的关键设备，因而蓄电池性能的检测也就显得非常重要。然而蓄电池性能受诸多因素影响，其测量也较为困难。目前我国测定电池性能的标准是以 10 小时率恒定电流放电至规定的终止电压来测量的，单位为安时(AH) 。为了了解蓄电池的性能状况，目前有如下几种检测方法：1、 放电法将电池组脱离供电系统，以十小时率电流对负荷放电，同时测量每一电池电压，当降到规定值时(单体1.8V) ，停止放电，计算时间得出电池组容量。显然该方法准确，但浪费能量，实施困难。2、 蓄电池电压巡检在线对电池电压进行检测，根据每节电池的电压、判别电池性能，该方法只能判读已严重失效的电池，对性能的差异不能作出反应，效果较差。3、 测量电池内阻阀控式密封蓄电池的故障如板栅腐蚀和增长、接触不良、活性物质可用量减少等集中表现于电池内阻的增大、电导的减小，因此，电导或电阻的高低可提供反映电池故障和使用程度的有效信息。目前国际上主要有二家公司在进行电池内阻测量仪器的开发工作，它们是Midtronics 和 AVO 公司。测试方法是用交流发电装置向电池单体或蓄电池组注入一个低频20-30HZ 或 60 HZ 的交流信号， 测量通过电池的交流电流和每只电池两端的交流电压，然后计算出I/U 或 Vac/Iac 比率， 则得出电池的电导或电阻值，并显示这个值。总之两种测试装置都是向蓄电池注入一个交流信号，测量电池两端的交流电压和通过电池的电流。如果在蓄电池组上有一定量的纹波电压，在许多情况下，必须采取离线测试或采取措施消除纹波。三、电池监测系统介绍随着阀控铅酸电池的广泛应用，如何判定蓄电池的状况已成为广大电池用户十分关心的问题。大家知道，蓄电池具有如下的放电曲线：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 从电池的放电曲线，我们可以得出以下结论：1. 相同的放电曲线反映了相同的电池性能。2.用一较大电流的放电冲击，可在短时间得到一明显的下跌曲线，测得动态的电池内阻，对同厂家同规格的电池测得的内阻值将反映出电池性能的差异。3.对同一电池，随着循环次数和使用时间的增加，曲线也将明显发生变化，可作为电池性能及寿命的评估判据。通过对蓄电池的恒电流放电曲线进行测量计算，我们即可对直流系统中蓄电池的工作状态作出判断。本系统采用了以下多项检测方法：1. 巡测蓄电池组每节电池电压，以检测蓄电池的充放电状态。2. 大电流 (100A) 冲击负载放电，在很短时间测得电池瞬间的放电曲线，并得出内阻值：3. 静态小电流恒流放电，测得电池容量：蓄电池容量 =放电电流 时间4.对以上诸参数用计算机进行综合计算判断，我们即可得出电池好坏的准确评估。显然我们的测量方法不但得到了电池的内阻、容量等相关参数，也符合电力系统对电池负荷的实际要求，真实反映了电池的负荷承受能力和使用性能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 在二种放电测量过程中，计算机对高速采得的数据进行分析与我们设定的失效模式进行比较得出了对每一电池性能的判别。在直流屏中，蓄电池长期处于浮充电状态，对镉镍电池，长期浮充会产生记忆效应，导致容量下降;对酸铅免维护电池，长期浮充电将造成极板硫化，性能下降。因而，静态放电功能也可用于蓄电池组的日常维护活化，有利于电池容量的恢复保持，延长电池使用寿命。系统功能的实现由以下电路完成：四、结束语本文通过对铅酸密封电池失效机理的分析和对目前已采用的电池检测手段的比较，在分析大量铅酸电池充放电曲线的基础上，开发了电池在线检测系统，通过对曲线特征值的比较，来反映电池的性能差异，电池性能判别准确。希望本文所做的工作能推进电池检测技术研究的发展。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -