2008蓄电池最新培训教材(免费)(2)

2019-06-17 09:47

补水时若超过最高液面时,则充电时就会发生满溢,而使稀硫酸成份流失,既腐蚀电瓶的极柱,又会使电解液的比重偏低,从而造成蓄电容量不足等。

6、其它

6.1 自我放电 :

蓄电池当其内部发生纯化学反应,或因不纯物污染造成电化学反应,或长久不用皆会耗电,此即称为自我放电。自我放电之耗电程度乃视蓄电池构造、温度、比重、不纯物,使用过度等而有所不同,一般在一天内会放掉0.5~1%都属于正常,蓄电池在使用前的保存期间都会自我放电,消耗蓄电量。

当蓄电池处于长期持续放电状态时,则一旦形成白色硫酸铅化,则即使再充电,也无法恢复其容量。所以电瓶在库存期间务必每1个月就充电一次。

6.2 电瓶寿命终期的判定 :

蓄电池到寿命终期,其容量就会减少,至于其容量在数字上退减的程度为何﹖则可依容量试验测定之。 放电前必须确定电池的比重与电压已达最高值,然后再持续充电1小时,才能完全充电。充电终期是将比重调整到1.28±0.01(20℃)液面亦维持在规定液面的标准。 放电开始时期:充电完全放置1小时后。

放电电流:5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A) 放电终止电压:平均1.7V/cell (24cell为40.8V,12cell 20.4V) 容量=放电电流×到达终止电压之前的放电时间

7、 铅蓄电池脉冲修复原理

7.1 什么是电池硫化?

在极板上生成白色坚硬的硫酸铅结晶,充电时又非常难于转化为活性物质的硫酸铅,这就是硫酸盐化,简称\硫化\。这种硫酸铅的导电性不良、电阻大,溶解度和溶解速度又很小,充电时恢复困难。因而成为容量降低和寿命缩短的原因。

7.2 产生硫化的原因是什么?

正常的铅蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶,充电时比较容易地还原为铅。如果电池地使用和维护不善,例如经常充电不足或过放电,负极上就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅。这种硫酸铅用常规的方法充电很难还原,要求充电电压很高,由于充电时充电接受能力很差,大量析出气体。这种现象通常发生在负极,被称为不可逆硫酸盐化。它引起蓄电池容量下降,甚至成为蓄电池寿命终止的原因。一般认为,这种不可逆硫酸盐化的原因是硫酸铅的重结晶,粗大结晶形成之后溶解度减少。硫酸铅的重结晶使晶体变大,是由于多晶体系倾向与减少小其表面自由能的结果。从结晶过程的规律可知,小结晶尺寸的溶解度大于大结晶尺寸的溶解度。因此,当长期存放或过放电时,大量的硫酸铅存在,再加上硫酸浓度和温度的波动,个别的硫酸铅晶体就可以依附靠近小晶体的溶解而长大。 有人提出与上述完全不同的观点,认为不可逆硫酸盐化常常与电解液中存在大量表面活性物质有关,这些表面活性物质作为杂质存在。由于吸附减小了硫酸铅的溶解度,充电时会使铅离子还原的极限电流下降。表面活性物质也会吸附在正极上,但它不至于引起不可逆硫酸盐化,因为正极在充电时进行阳极氧化过程,其电势

足以破坏表面活性物质,使之被氧化为水和二氧化碳。防止负极不可逆硫酸盐化最简单的方法是,及时充电和不要过放电。蓄电池一旦发生了不可逆硫酸盐化,如能及时处理尚能挽救。一般的处理方法是:将电解液的浓度调低(或用水代替硫酸),用比正常充电电流小一半或更低的电流进行充电,然后放电,再充

电??如此反复数次,达到应有的容量以后,重新调整电解液浓度及液面高度。

7.3 电池硫化的危害是什么?

轻微的电池硫化,会降低电池的容量,电池内阻增加,严重时则电极失效,充不进电。轻微的电池硫化,尚可用一些方法使它恢复,严重时采用一般的充电方法是不能够恢复容量的。

7.4 电池硫化的特点是什么?

硫化的电池最明显的外特征是电池容量下降,内阻增加。当然,如果电池失水和正极板软化也具有这个外特性。鉴别电池是否硫化的方法,往往是采用脉冲修复仪对电池进行脉冲修复,如果容量上升,就是硫化,如果没有一点点容量上升,电池容量下降可能是其它原因产生。

7.5 消除电池硫化的方法有几种?特点是什么?

第二部 修复电池的方法与步骤

1. 修复电池的方法

1.1 水疗法

如果硫化不太严重,可以使用较稀的电解液,密度在1.100g/cn3以下,即向电池中加水稀释电解液,以提高硫酸铅的溶解度。并用20h率以下的电流,在液温30℃~40℃的范围内较长时间充电,可能得以恢复。如果电解液密度较高,则充电时只进行水分解,活性物质难以恢复。 1.2 大电流充电修复方法

若认为吸附是造成硫酸盐化的原因,则可以用高电流密度充电(达

100mA./cm2)。在这样的电流密度下,负极可以达到很负的电势值,这时远离零电荷点,使φ-φ(0)<0,改变了电极表面带电的符号,表面活性物质会发生脱附,特别是对阴离子型的表面活性物质,这种有害的表面活性物质从电极表面上脱附以后,就可以使充电顺利进行。目前国内几乎没有人使用这种方法处理不可逆硫酸盐化,可能出于以下考虑:高电流密度下极化和欧姆压降增加,这部分能量转化为热,使蓄电池内部温度升高,同时又有大量的气体析出,尤其是正极大量气析出气体,其冲刷作用易使活性物质脱落。 1.3 最理想的是利用脉冲波的修复方法

按照原子物理学和固体物理学的原理,硫离子具有5个不同的能级状态,通常处于亚稳定能级状态的离子趋向与迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级(即共价键能级状态),硫以包含8个原子的环形分子形式存在,这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合,难以被打碎,形成电池的不可拟硫酸盐化——硫化。多次发生这样的情况,就形成了一层类似与绝缘层一样的硫酸铅结晶。要打碎这些硫酸盐层的束缚,就要提升原子的能级到一定的程度,这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带,使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率,必须提供给一些能量,才能够使得被激活得分子迁移到更高得能级状态,太低得能量无法达到跃迁所需要得能量要求。 但是,过高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态,又回落到原来的能级。这样,必须通过多次谐振,使其中一次脱离了束缚,达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级,这样,就转化为溶解于电解液的自由离子,而参与电化学反应。

脉冲谐波谐振的方法。从固体物理上来讲,任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿,粗大的硫酸铅就会呈现导电状态。如果对高电阻率的绝缘施加瞬间的高电压,也可以击穿大的硫酸铅结晶。如果这个高电压足够短,并且进行限流,在打穿绝缘层的条件下,充电电流不大,也不至于形成大量析气。

电池析气量强正相关于充电电流和充电时间,如果脉冲宽度足够短,占空比足够大,就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下,同时发生的微充电来不及形成析气。这样,实现了脉冲消除硫化。对于密封电池来说,水疗法是无法进行的。另外,水疗法的成本和使用工时都比较大。现在有了脉冲修复的方法,已经很少见到水疗法了。

实现脉冲消除硫化和抑制电池硫化的方法是什么? 可以采用脉冲保护器和修复仪来处理。一般使用2类修复方法。其一为在线修复,把可以产生脉冲源的保护器并联在电池的正负极柱上,使用电池或者充电器的电源或者使用外来的市

电,就会有脉冲输出到电池上面。这种修复方式所需要的能源很少,比较慢,但是由于常年并联在电池极柱2端,慢也没有关系。对于没有硫化的电池,可以抑制电池的硫化。(比如使用易能王)其二为离线式的,可以产生快速的脉冲,脉冲电流相对比较大,产生脉冲的频率比较高,脉冲占空比比较大。一些产品还具有自动控制。这种修复仪主要是用来修复已经硫化的电池。比如:启能的QN2010Y修复仪及QN4008XP自动修复仪等就是目前国内最理想的脉冲修复仪器.

2、电池的失效模式

电动车电池的使用属于循环状态,电池的失效主要表现为:失水、硫酸盐化(硫化)、正极板软化、板栅腐蚀、热失控、短路、断路等,其中短路、断路基本是电池在制造过程中引起,我们常说的电池修复主要是针对失水、硫化、极板轻微软化、部分热失控电池。

2.1 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换为硫酸铅,充电的时候硫酸铅转换为氧化铅。氧化铅是由α氧化铅和β氧化铅组成的,其中α氧化铅主要起支撑作用;β氧化铅主要起荷电作用。为了减少α氧化铅参与放电,一般控制放电深度为40%为好。电池放电深度越深,α氧化铅损失也越多。在电池反复的充放电循环过程中,随着极板上下不同物质的交替变换,将会使极板空率逐渐下降,在外观表现上,则是正极板的表面由开始的坚实逐渐的松软直到变成糊状,活性物质容易脱落,形成“黑水”,这就是所谓的正极板软化。正极板一旦出现软化,起到支撑作用的多孔结构也被破坏,降低了参与电化学反应的面积,导致电池容量很快下降,电池很快寿命终止。电池经常大电流充放电、过放电都会加剧极板软化。

2.2 电池的负极板硫化

2.2.1 电池放电时,在正、负极板上都产生硫酸铅,正极由于氧化作用的存在,硫酸铅极易在充电时转化成二氧化铅,而负极则不同,在长期亏电保存、经常过放电、长期充电不足(充电电压较低)或者不及时充电等因素存在的情况下,会逐渐在负极表面聚积形成一层致密坚硬的白色硫酸铅层,不仅本身溶解度大副度下降,难以参加反应,同时堵塞了电解液和深层活性物质的接触通道,从而导致了电池容量的下降。采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为“不可逆硫酸盐花”,简称硫化。

2.2.2 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高,否则电池欠充点就会产生,电池硫化也就产生了。

2.2.3 失水的电池相当于电解液的硫酸浓度变化,也形成了家速电池硫化的条件。

2.2.4 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采用小电流脉冲和硫化。化学法虽然会较快的消除负极硫化,但是其副作用——增加电池自放电。这样会形成新的失效模式。

2.3失水

电池充电达到单体单格电压的电池2.35v( 25C)以后,就会进入正极板大量析氧状态,虽然对于密封电池来说,负极板具备了氧复合能力。但如果充电电

流过大,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( 25C),电池的负极板会析氢,而氢气不能够被正极板吸收,只能够增加电池气室的气压,最后会排出气室而形成失水。水在电池电化学体系中,起到非常重要的作用,水量的减少会降低参与反应的离子活度,导致电池内阻上升,极化加剧。所以,定期对电池补水是非常重要的。 2.4 热失控

电池在充电电压达到折合单格2.4V,这个电压超过了电压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,电池的温度会升高。而且氧复合反映也要产生电流,增加的电压导致充电器不能转绿灯,一直保持在高压阶段。如果电池已经出现过量失水,玻璃纤维隔板的无酸孔隙大大增加,会加速负极板吸收氧气,产生的热量会更多,或环境温度较高造成散热不畅,都会使电解液温度上升,导致内阻下降,内阻下降进一步导致电流不降反生,电流的增大使电池而量快速上升,大量气体产生,电池进入了失控状态,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。尽管电池失控现象发生的不多,但是一旦发生热失控,电池的寿命回迅速提前结束。

2.5 电池的不均衡

2.5.1 由于电池在制造工艺中必须存在的微小差距,串联使用时,经过若干次充放电循环后,电池的容量、端电压、内阻等会出现不同程度的差异,在电池组中总会存在以上几个方面相对较差的电池,也叫“落后电池”。

2.5.2 失水的电池相当于电池的硫酸比重上升,导致电池开路电压增加,也是该单体电池的充电电压相对于其它电池电压高,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电也会被扩大。

2.5.3 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,导致充放电活性物质的膨胀收缩更加厉害,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。

2.5.4 电池的负极板发生硫化,放电的电流密度也会增加,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,其吸咐能力也相对增加,导致硫化更加严重。所以,电池容量的下降也会形成恶性循环。

2.5.5 对于电池组的不平衡,目前唯一的方式是采用定期地对单个电池的充电和放电。既充电结束采用1/ 20C充2-4小时。

2.5.6 采用正负脉冲充电器进行补偿(凡来我处学习者,均可享受”中国卫星发射中心专用脉冲充电器的省级代理优惠价)

2.6板栅腐蚀

电池的骨架板栅由合金制作而成,虽然其有很强的抗腐蚀能力,但长期浸泡在酸性电解液中,依然会使其发生金属腐蚀,以至于发生板栅裂隙甚至断裂。 2.7短路

正负极板本来应该由隔板隔开,但如果有焊渣或枝晶穿透.则正负极相连,形成短路;严重的短路可导致单体电压为零,如果导致正负极板相连的物质本身电阻较大,比如枝晶,则不会马上使单隔电压变为零,而是发生较快的自放电,俗称:软短路或 不存电。


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