閥控式鉛酸蓄電池干涸失效的原因分析及處理方法

摘要：閥控式鉛酸蓄電池內(nèi)部的電解液全部吸附在電池的隔膜中,沒有游離的電解液,是一種典型的貧液式電池。如果浮充電壓較高，或長期在溫度較高的環(huán)境中使用，就會引起電池失水速度加快，造成干涸失效。通過實(shí)驗(yàn)證明：補(bǔ)加一定量的水分，可有效減輕充放電過程中的極化，恢復(fù)電池的實(shí)際容量，延長電池的壽命。

關(guān)鍵詞：閥控式鉛酸蓄電池；環(huán)境溫度；干涸失效；水分散失

1引言

閥控式鉛酸蓄電池（VRLAB）內(nèi)部的電解液全部吸附在電池的隔膜中,沒有游離的電解液,是一種典型的貧液式電池。VRLAB自問世以來，由于其操作維護(hù)簡單，釋放有害氣體少，對環(huán)境的污染程度大大降低，而受到用戶的好評。經(jīng)過近幾年的運(yùn)行使用之后，也暴露了一些問題，主要集中在其壽命短，一般不足5年，與其設(shè)計(jì)壽命10年以上的標(biāo)準(zhǔn)要求相差甚遠(yuǎn)。通過對多只失效電池進(jìn)行分析及試驗(yàn)，證明很多電池是由于使用不當(dāng)，或使用環(huán)境溫度過高，造成電池失水過多過快，使電池的化學(xué)反應(yīng)無法進(jìn)行，致使電池的壽命提前終止。電解液干涸是VRLAB失效的一個(gè)重要原因，用戶在使用用過程中，長期進(jìn)行過充，致使大量的水分電解，產(chǎn)生氣體，從泄氣閥處散失；同時(shí)由于電池殼體致密度的原因，電池長時(shí)間處于高溫、干燥的環(huán)境中也容易通過殼體損失水分。試驗(yàn)證明：電解液中的水分損失15％以上，電池的容量也將損失15％以上。電池容量低于85％，就標(biāo)志著電池壽命的終止。一般情況下，純粹的干涸失效可以通過補(bǔ)加一定的水分，來恢復(fù)電池的容量。由于干涸失效使電解液中的水分損失過大，使隔膜中的電解液濃度增大，充放電時(shí)的濃差極化較大，使電池的端電壓在很短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。

2電池在運(yùn)行中的不正常現(xiàn)象

1）充電時(shí)間短，充電后期發(fā)熱嚴(yán)重電池在充電時(shí)，端電壓上升得很快，在較短的時(shí)間內(nèi)就會達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。同時(shí)由于隔膜中的水分減少，使電池的內(nèi)阻增大，造成電池在充電過程中產(chǎn)生的熱量增加，引起電池發(fā)熱。

2）電池的放電容量較低電池在充電結(jié)束后，使用時(shí)，電池的端電壓下降的速度較快，設(shè)備很快就無法工作了，證明電池容量降低得較多。

圖16－GM－65VRLAB補(bǔ)加水前的充電圖

表36－GM－65VRLAB補(bǔ)加水后充電數(shù)據(jù)表充電時(shí)間/h充電電流/A充電電壓/V
012345676.56.56.56.56.56.56.56.514.8218.3017.4116.5016.4816.4716.4716.47

表46－GM－65VRLAB補(bǔ)加水后放電數(shù)據(jù)表放電時(shí)間/h放電電流/A放電電壓/V
0123456789106.56.56.56.56.56.56.56.56.56.56.512.8712.4312.2912.1412.0511.9111.7911.5811.4111.3010.80

3電池不正?，F(xiàn)象的原因分析

3.1浮充電電壓過高

VRLAB大部分是浮充使用，電池充電結(jié)束后，進(jìn)入浮充狀態(tài)使用，如果浮充電壓過高，就會引起電解液中水分的分解，產(chǎn)生氣體，通過泄氣閥釋放出去。長期這樣使用，就會造成電解液水分的大量電解、散失，造成電池的干涸失效。

3.2使用環(huán)境溫度較高

使用環(huán)境溫度過高，使電池在充電過程中產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)擴(kuò)散到空氣中去，加速了電解液的損失。同時(shí)由于電池殼體的致密度等原因，電池長時(shí)間處于高溫、干燥的環(huán)境中也容易通過殼體損失水分。

4VRLAB補(bǔ)加水分前后的充放電對比試驗(yàn)

結(jié)果

以6－GM－65VRLAB為例，表1為蓄電池補(bǔ)加水前充電數(shù)據(jù)，圖1是將表1的數(shù)據(jù)圖形化。表2為蓄電池補(bǔ)加水前放電的數(shù)據(jù)，圖2是將表2的數(shù)據(jù)圖形化。

表16－GM－65VRLAB補(bǔ)加水前充電數(shù)據(jù)表充電時(shí)間/h充電電流/A充電電壓/V
0123456789101112133.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.53.523.4418.5718.1817.5817.5717.5517.5417.5217.2616.4316.3816.4016.4016.40
表26－GM－65VRLAB補(bǔ)加水前放電數(shù)據(jù)表放電時(shí)間/h放電電流/A放電電壓/V
011.726.56.56.56.512.0412.1710.809.96
表3顯示的是蓄電池補(bǔ)加水后的充電數(shù)據(jù)，圖形化如圖3所示。表4顯示的是蓄電池補(bǔ)加水后的放電數(shù)據(jù)，相應(yīng)的圖形化如圖4所示。

圖26－GM－65VRLAB補(bǔ)加水前的放電圖

圖36－GM－65VRLAB補(bǔ)加水后的充電圖

閥控式鉛酸蓄電池干涸失效的原因分析及處理方法

圖46－GM－65VRLAB補(bǔ)加水后的放電圖

5試驗(yàn)結(jié)果說明及使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)

1）表1、表2的數(shù)據(jù)及圖1、圖2是6－GM－65電池未補(bǔ)加水之前的充放電數(shù)據(jù)及其圖形。可以看出：電池開始充電時(shí)電壓較高，這主要是由于電池極板表面硫酸鹽化造成的，當(dāng)高壓擊破硫酸鹽化膜后，充電電壓有所降低，但由于隔膜中的電液濃度太高，充電電壓一直不能下降到正常的狀態(tài)，從放電的曲線也可看出，電池的端電壓下降得很快，說明電池內(nèi)部的電液濃度較高，極化較嚴(yán)重。 2）表3、表4的數(shù)據(jù)及圖3、圖4是6－GM－65電池補(bǔ)加水之后的充放電數(shù)據(jù)及其圖形?？梢钥闯觯弘m然充電曲線仍然不很正常，但放電曲線已恢復(fù)了正常狀態(tài)，且放電容量較高，也從另一個(gè)側(cè)面說明原來電池的電解液損失較多，充放電過程中極化較嚴(yán)重。

3）平時(shí)應(yīng)經(jīng)常根據(jù)蓄電池及充電設(shè)備的運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整充電電壓,使浮充電壓符合蓄電池的要求，避免電壓過高，造成對電池的過充，使電解液分解產(chǎn)生氣體，引起水分的散失；同時(shí)防止電壓過低，造成對電池的欠充，引起電池極板的硫化，使電池的容量大大降低。

4）VRLAB對使用環(huán)境的要求較高，特別是對環(huán)境的溫度要求更為嚴(yán)格，VRLAB過去曾稱為免維護(hù)電池，免維護(hù)的涵義是不需要補(bǔ)加水或電解液，同時(shí)也意味著無法補(bǔ)加水或電解液。所以VRLAB的電解液是很寶貴的，電解液的損耗就意味著電池性能的降低。主要表現(xiàn)為電池容量下降，充電發(fā)熱嚴(yán)重。水分損失15％以上，VRLAB的壽命就會終止，而隨著使用環(huán)境溫度的增高，電解液的損耗就加大；同時(shí)環(huán)境溫度過高，充電產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，也加劇了電解液的損耗。根據(jù)這些情況，生產(chǎn)廠家和一些科研單位都進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)VRLAB的使用環(huán)境溫度不得超過35℃，否則電解液的損失量就會急劇增加。

5）定期對電池的容量進(jìn)行檢測，準(zhǔn)確掌握電池容量的實(shí)際狀況，以便及時(shí)采取相應(yīng)的維護(hù)措施。

6）定期對電池進(jìn)行維護(hù)，使電池經(jīng)常處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。對于VRLAB只有按生產(chǎn)廠家的要求進(jìn)行嚴(yán)格的操作時(shí)，才會減少電解液的損失，從根本上控制電池釋放氣體，否則，電池的壽命比普通電池更短，這已是不爭的事實(shí)。

7）關(guān)于補(bǔ)加水分或電解液的問題，通過實(shí)驗(yàn)證明，如果電池的容量衰減是由于長期在高溫下使用或過充電引起的水分散失所致的干涸失效，適量的補(bǔ)加水分可以使其容量恢復(fù)，但由于過去及現(xiàn)在所生產(chǎn)的大部分電池都是使用密封膠粘在一起的，一旦將電池的上蓋打開，用戶就無法恢復(fù)原樣，所以，補(bǔ)加水分一般要由生產(chǎn)廠家進(jìn)行，加注水分或電解液后要及時(shí)將電池密封。因?yàn)閂RLAB是一種貧液式電池，為了防止電解液損耗，其各個(gè)部位均是密封的，包括注液口的控制閥也是采用專用設(shè)備焊接上的。如果要補(bǔ)加水或電解液后，處理不當(dāng)，電池就成為實(shí)際的開口電池，補(bǔ)加的水分或電解液就會很快地被蒸發(fā)出去，電池的容量也會很快地衰竭。所以，一般情況下不提倡用戶自己給VRLAB補(bǔ)加水或電解液。

6結(jié)語

VRLAB失效的一個(gè)主要原因是電池缺水引起的干涸失效。其成因主要是浮充電壓和使用環(huán)境溫度較高，引起電池失水速度加快，使電池在充放電過程中極化過大，無法工作。通過實(shí)驗(yàn)證明：補(bǔ)加一定量的純水，可有效地減輕充放電過程中極化，恢復(fù)電池的實(shí)際容量。

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