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若认为水电瓶（富液铅酸蓄电池）失水可以补水而任意提高电压就不对了，水电瓶极板物质在高压高温大电流下更容易脱落，有人认为脱落物质我可以水洗呀，那就更愚蠢了，水电瓶最高电压14.1V，超过后就会析气。析气的结果还用说吗？
可以看看赵老师的文章：
澳大利亚电池技术股份有限公司 赵铁良
作为后备电源的大容量铅酸蓄电池(以下简称“电池”)是基站电源的保障.在国内出现“电荒”的时候,后备电源的可靠性显得格外重要.在长三角和珠三角地区,每周内停三供四的时间很多,甚至出现听四供三更加严重的局面.多数处于野外的基站,其供电是难以保证都是采用一、二类电源的,这样,电池的可靠性问题尤其严重.
虽然目前的科学技术飞速发展,近年铅酸蓄电池的发展也比较快,基本上以大型阀控密封式铅酸蓄电池代替了防算酸隔爆型电池.就是大型阀控密封式铅酸蓄电池近些年也在发展.但是大容量的固定电池还是以铅酸蓄电池为唯一的选择.如何延长铅酸蓄电池的正常使用寿命,一直是业内人士探讨的主要问题.
相同的电池,在不同的设备条件、不同的使用条件和不同维护条件下使用寿命相差很大.这就需要在设备条件、使用条件和维护条件上寻找其差异.而电池失效的的几个主要现象是:
a． 正极板软化;
b． 正极板板栅腐蚀;
c． 负极板硫化;
d． 失水;
e． 少数电池出现热失控(包括电池鼓胀).
下面,就以电池失效模式来探讨设备条件、使用条件和维护条件对电池失效的影响及其应对方法.
一、 电池的失效模式及其原因
1、 电池的正极板软化
电池的正极板是由板栅和活性物质组成的,其中活性物质的有效成分就是氧化铅.放电的时候氧化铅转为硫酸铅,充电的时候硫酸铅转为氧化铅.氧化铅是由α氧化铅和β氧化铅组成的,在2种氧化铅中以其中α氧化铅荷电能力小但是体积大,比为β氧化铅坚硬,主要起支撑作用;β氧化铅恰好相反,荷电能力大但是体积小,比为β氧化铅软,主要起荷电作用.α氧化铅是在碱性环境中生成的,在电池内部一旦出现参与放电以后,在充电只能够生产β氧化铅.正极板的活性物质是多孔结构的,就与电解液——硫酸的接触面积来说,多孔结构是平面的数十倍.如果α氧化铅参与放电以后,重新充电以后只能够生成β氧化铅,这样就失去了支撑,不仅仅会产生正极板活性物质脱落,而且脱落的活性物质还会堵塞正极板的微孔,导致正极板参与反应的真实面积下降,形成电池容量的下降.后备电源的电池使用年限要求比较严格,对电池的比容要求比较宽,因此后备电源使用的电池的后备电源的电池α氧化铅和β氧化铅比例比深循环的动力型电池大一些.为了减少α氧化铅参与放电,一般控制放电深度仅仅为40%.随着电池的使用时间的增加,电池的容量下降,新电池放电40%的电量,对于旧电池来说必然上超过40%的,所以旧电池就相当于放电深度深,电池的正极板软化也会被加速.所以,电池的容量寿命曲线的后期下降速率远远高于中期.电池容量越小,放电深度越深,α氧化铅损失也越多,正极板软化也越严重,导致电池容量下降越快,形成了恶性循环.
这样,电池的放电深度需要严格控制.实现这个控制的是靠基站的电源管理系统的国内和设置.目前控制电池放电深度的主要标准还是一次放电量和放电电压.这样,尽可能避免在应急的时候强制放电,而应该按照放电量来增加电池的容量.
2、 电池的正极板腐蚀
正极板的板栅中的铅在充电过程中或被氧化为氧化铅,并且不能够再还原为铅,形成正极板腐蚀.而氧化铅的体积比铅的体积大,形成体积线性增加变形,使正极板活性物质与板栅脱离,导致正极板失效.而过充电会严重加速正极板腐蚀.我们一般以为不会产生过充电状态.实际上,基站的浮充电压如果跟不上环境温度的上升而进行下降的补偿,过充电就产生了.如基站的空调不够或者损坏,电池的过充电也会产生.这样电池的正极板板栅在不同的使用条件下会有不同的腐蚀速度.长三角和珠三角地区的正极板腐蚀也会比内地严重,这与电池的使用环境温度关系密切.
3、 电池的负极板硫化
电池放电以后,负极板的铅转换为硫酸铅,如果不及时充电或者充电时间比较长,这些硫酸铅晶体就会逐步聚积而形成粗大的硫酸铅结晶,采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为不可逆硫酸铅盐化,简称硫化.
在折合单格电压为2.25V的浮充状态下,电池基本充满电需要一周的时间,完全充满电需要28天的时间,其间电池就处于欠充电状态.在电池放电以后的12小时,就可以发现产生粗大的硫酸铅结晶.在发生电荒的地区,电池的硫化相当严重.
在一般浮充状态下使用,随着日夜环境温度的变化,硫酸铅结晶也会聚积而形成粗大硫酸铅结晶而导致硫化.
在冬季环境温度比较低的时候,电池的浮充电压应该相应的提升,如果浮充电设备没有依据室温相应的调解上升,电池欠充电就会产生,电池硫化也就产生了.
失水的电池相当于电解液的硫酸浓度上升,也形成了加速电池硫化的条件.
较快速的充电可以抑制电池的硫化,基站的充电电流相对都比较小,所以硫化程度比充电电流大的电池严重.另外,浮充电压纹波越小,浮充电流的扰动越小,也形成了电池硫化的条件.
采用低锑合金的正极板的电池,浮充电压比较低,也比其它铅钙锡铝合金电池更加容易出现硫化.
从上面的硫化失效原因看看,很多电池的是无法避免的.特别是电池组发生单体电池落后的时候,个别落后的单体电池处于欠充电状态,这样该电池比其它电池更加容易硫化.
电池一旦出现硫化,靠单纯的浮充和均充是无法解决的,必须采取其它措施.目前消除密封电池硫化的方法有化学法和脉冲法.化学法虽然会较快的消除负极板硫化,但是其副作用——增加电池自放电会比较明显.这样会形成新的失效模式.所以,除了应急处理以外,没有任何电池制造商同意采用这种方法来修复电池.而脉冲修复硫化,属于无损修复,这是近年来所广泛提倡的方法.
4、 电池的失水
电池充电达到单体电池2.35V(25℃)以后,就会进入正极板大量析氧状态,对于密封电池来说,负极板具备了氧复合能力.如果充电电流比较大,负极板的氧复合反应跟不上析氧的速度,气体会顶开排气阀而形成失水.如果充电电压达到2.42V(25℃),电池的负极板会析氢,而氢气不能够类似氧循环那样被正极板吸收,只能够增加电池气室的气压,最后会被排出气室而形成失水.电池具备负的温度特性,其析气也与温度特性一致.当电池温升以后,电池的析气电压也会下降,温升会导致电池容易析气失水.长三角和珠三角地区夏季环境温度比较高,如果没有空调或者空调容量不足,会使电池失水增加.如果单体电池的浮充电压折合为2.25V,在30℃的时候,电池失水比25℃条件下增加一倍,在40℃条件下,电池失水是25℃的8倍左右,除非相应的降低浮充电压.
如果电池的正极板含锑,随着锑的循环,部分的转移到负极板上面.由于氢离子在锑还原的超电势约低200mV,于是负极板锑的积累会导致电池的充电电压降低,充电的大部分电流用来做水分解而形成失水.所以,我们认为在大型固定型电池中应该逐步淘汰低锑正极板的电池.另外,对在电池生产过程中,应该严格控制铅钙锡铝正极板的含量.
5、 电池的热失控
电池在均充状态时,充电电压会达到折合单格2.4V,这个电压超过了电池正极板大量析氧的电压,特别是在高温环境中,大量析氧电压会下降,这样产生的析氧量会大幅度的增加.而正极板产生的氧气在负极板会被吸收,吸收氧气是明显的放热反应,电池的温度会提升.如果电池已经出现失水,玻璃纤维隔板的无酸孔隙增加,会加速负极板吸收氧气,产生的热量会更多,电池温升也更高.而电池的温升也会加速正极板析氧,形成恶性循环——热失控.在热失控状态下,析氧量增加,电池内的气压增加,当达到塑料电池外壳的玻璃点温度的时候,电池开始鼓胀变型,这种变型除了影响电池内部的机械结构以外,还会形成电池漏气,而导致更加严重的失水漏酸.
尽管电池热失控现象发生的不多,但是一旦发生热失控,电池的寿命会迅速提前结束.
6、 电池的不均衡
新电池的容量、开路电压和内阻应该进行严格的配组.所以新电池一般离散性比较小.随着电池使用,电池在制造工艺中必然存在的微小差距会被扩大.
如电池开阀压的区别,会导致电池失水不同.失水多的电池相当于电池的硫酸比重提升,导致电池开路电压增加,也是该单体电池的充电电压相当于其它电池电压高,而在串联电池组中的其它电池分配的电压就会下降,形成其它电池的欠充电.欠充电的电池内阻会增加,放电的时候电池电压会更低,充电电压跟不上,导致电池电压高的更高,低的更低.
电池正极板软化的差异随着充放电也会被扩大.当电池正极板发生软化的时候,脱落的活性物质会堵塞一部分微孔,正极板上单位面积的电流密度会增加,而增加电流密度的反应部分的充放电活性物质的膨胀收缩更加厉害,导致正极板软化被加速,这样就形成的容量落后的电池更加落后.
电池的负极板发生硫化,放电电流的密度也会增加,相当于增加了放电深度,硫酸铅结晶会比较集中在放电部位,形成较大的硫酸铅结晶.硫酸铅结晶体积越大,其吸附能力也相对增加,导致硫化更加严重.而硫化的电池在放电过程中也相当于增加了放电深度,硫化也更加严重.所以,电池容量的下降也会形成恶性循环.
从电池的寿命容量曲线看,电池的容量总体上是逐步加速的.凡是电池出现不均衡,总是加速的.
对于电池的不均衡,目前唯一的充电方式是采用“均充”,其愿望是对充满电的电池实现增加电池的副反应,把欠充电的电池充满电.但是,实际上,这个作用不足以恢复电池的均衡.目前比较有效的方法还是采用单体电池的补足充电.可是一般基站和修复队伍都不具备这个设备条件. |
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发表于 2013-8-24 11:10:24
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