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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,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”卫星发射中心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。
2.8 断路
一般发生在汇流排焊接以及柱焊接和端子焊接阶段,通常不是完全短路,而是虚焊,在虚焊处会产生很大的内阻,使电池容量下降。电池有可能一开始各方面都正常,在使用一段时间后发生虚焊现象,这通常是由于焊接不好,存在裂隙,使用一段时间后在裂隙处产生腐蚀,致使裂隙以较快的速度加大。
我们通常所说的电池容量下降、充电后续行里程短,在排除了电动车、控制器、充电器的因素外,就只能是电池失效而引起的电池容量下降。那么,在电池的失效模式中,因为电池失效后,同时将存在多种因素的失效,所以我们首先要排除短路、断路等用电池修复仪不可修复的物理损坏电池;然后才能对失水、硫化、极板轻度软化、因失水引起鼓胀变形不严重的和电池组中出现不均衡(落后)的电池,根据电池容量检测仪检测电池的放电时间来分析电池失效原因,再采取有效的方法修复.








































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