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鉛酸蓄電池已發(fā)明有一百多年了，鉛酸蓄電池主要殼體、正負(fù)極板、隔板，電解液在電場作用下將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)電能貯存，又將化學(xué)電能轉(zhuǎn)為直流電能，并可反復(fù)進(jìn)行數(shù)次充放電循環(huán)的一種裝置。普通鉛酸蓄電池設(shè)計壽命為2-3年，而往往實際使用只一年我時間或更短時間，免維護(hù)鉛酸蓄電池設(shè)計壽命為7-15年，有的制造出來由于貯存時間過長，未經(jīng)使用就已失效報廢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于預(yù)期使用壽命，導(dǎo)致能源的浪費及應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。
鉛酸蓄電池原理
一、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生：
1、鉛酸蓄電池充電后，正極板是二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)——氫氧化鉛（Pb（OH）2、氫氧根離子在溶液中，鉛離子（Pb）留在正極板上，故正極板上缺少電子。
2、鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（H2SO2）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（Pb+2），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個電子（2e）。可見，在未接通外電路時（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。
二、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng)：
1、鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流I，同時在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；
2、負(fù)極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）；
3、正極板的鉛離子（Pb+4）得到來自負(fù)極的兩個電子（2e）后，變成二價鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板水解出的氧離子（O2）與電解液中的氫離子（H+）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水；
4、電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電；
5、放電時H2SO4濃度不斷下降，正負(fù)極上的硫酸鉛（PbSO2）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動勢降低；
6、化學(xué)反應(yīng)式為：
①正極活性物質(zhì)、電解液、負(fù)極活性物質(zhì)、正極生成物、電解液生成物、負(fù)極生成物 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓；
②PbO2 + H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4 氧化鉛、稀硫酸、鉛、硫酸鉛、水硫酸鉛。
三、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng)
1、充電時，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負(fù)極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來；
2、在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb ）和硫酸根負(fù)離子（SO4￣2）由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（Pb ）不斷放出兩個電子來補(bǔ)充，變成四價鉛離子（Pb ），并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛（PbO ）。
鉛酸蓄電池的使用方法
1、切勿短路電池。當(dāng)電池的正負(fù)極通過外部物質(zhì)實現(xiàn)電接觸，電池就短路了，例如放在口袋中的無外包裝電池就會因與鑰匙或硬幣等金屬材料接觸而產(chǎn)生短路。
2、正確安裝電池，使電池的極性標(biāo)記（“+”和“-”）和用電器具的標(biāo)記正確對應(yīng)。如果電池被不正確地反向安裝到用電器具中，則可能發(fā)生短路或充電，導(dǎo)致電池溫度的迅速升高。
3、不要試圖對電池充電。對不能充電的原電池進(jìn)行充電，會使電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體和熱量。
4、不要對電池強(qiáng)制放電。電池被強(qiáng)制放電時，其電壓將會低于設(shè)計性能并在電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體。
5、不要加熱或直接焊接電池。電池被加熱或焊接時，熱量會造成電池內(nèi)部發(fā)生短路。
6、不要拆解電池。電池被拆解或分開時，電池組分之間有可能發(fā)生接觸，從而導(dǎo)致短路。
7、不要將新舊電池或是不同型號、品牌的電池混用。當(dāng)需要更換電池時，應(yīng)同時用同品牌、同型號、同批次的新電池更換所有的電池。當(dāng)不同品牌和型號的電池或是新舊不同的電池共同使用時，由于不同電池之間電壓或容量的不同，部分電池會發(fā)生過放電。
8、不要使電池變形。不要對電池進(jìn)行擠壓、戳穿或其他形式的損傷，這些濫用往往會導(dǎo)致電池發(fā)生短路。
9、不要將電池放入火中。將電池放入火中時，熱量的集聚會導(dǎo)致爆炸和人身傷害，除了合適的可控制的焚燒處理方式外，不要試圖燒毀電池。
10、不要讓兒童接觸電池或是在沒有成人監(jiān)督的情況下更換電池。那些有可能被吞咽的電池應(yīng)盡量避免讓兒童接觸，特別是那些能放入圖中所示的攝食量規(guī)內(nèi)的電池。一旦某人攝食了電池，應(yīng)立即尋求醫(yī)生幫助。
11、不要密封或改變電池。密封電池或是其他形式的改變電池，會使電池的安全閥被堵塞，從而當(dāng)電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體時不能及時排出。如果認(rèn)為必須改變電池，則應(yīng)盡量獲得制造商的建議。
12、對于不用的電池，應(yīng)以它們的原始包裝進(jìn)行保存，并盡量遠(yuǎn)離金屬物質(zhì)，如果包裝已打開，則應(yīng)有序排放，不要混亂堆放。無包裝的電池和金屬物質(zhì)混放在一起時，有可能使電池發(fā)生短路。避免這種情況發(fā)生的最好辦法就是使用它們的原始包裝來保存不用的電池。
13、除非是用于緊急情況，對于長期不用的電池應(yīng)盡量從用電裝置中取出。當(dāng)一個電池達(dá)不到滿意的效果或是可以預(yù)計長期不使用，則將其從裝置中取出是有益的，盡管目前市場上的電池都帶有保護(hù)性外殼或是以其他方式來控制漏液，但是一個部分或是完全用完的電池還是會比一個沒用過的電池更容易漏液。
一、硫化
1、鉛酸蓄電池充放電的過程是電化學(xué)反應(yīng)的過程，放電時，生成硫酸鉛，充電時硫酸鉛還原為氧化鉛。這個電化學(xué)反應(yīng)過程正常情況下是循環(huán)可逆的，但硫酸鉛是一種容易結(jié)晶的鹽化物，當(dāng)電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過高或靜態(tài)閑置時間過長時，就會“抱成”團(tuán)，結(jié)成小晶體，這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛，就象滾雪球一樣形成大的惰性結(jié)晶，這就破壞了原本可逆的循環(huán)，導(dǎo)致硫酸鉛部分不可逆。結(jié)晶后的硫酸鉛充電時不但不能再還原成氧化鉛，還會吸附在柵板上，造成了柵板工作面積下降，鉛酸蓄電池發(fā)熱失水，鉛酸蓄電池容量下降，這一現(xiàn)象叫硫化，也就是常說的老化。硫化還會導(dǎo)致短路、活性物質(zhì)松弛脫落、柵板變形斷裂等“并發(fā)癥”。
2、只要是鉛酸蓄電池，在使用的過程中都會硫化，但其它領(lǐng)域的鉛酸電蓄池卻比電動自行車上使用的鉛酸蓄電池有著更長的壽命，這是因為電動車的鉛酸蓄電池有著一個更容易硫化的工作環(huán)境。與汽車用啟動電池不同，汽車電池點火放電后，電池始終處于浮充狀態(tài)，放電形成的硫酸鉛很快又被轉(zhuǎn)化為氧化鉛，而電動車放電時，不可能同時進(jìn)行充電，這就造成硫酸鉛大量堆集，如果深放電，這時硫酸鉛濃度更高，而且電動車騎行后很難有條件及時充電，放電形成的硫酸鉛不能及時充電轉(zhuǎn)化為氧化鉛，就會形成結(jié)晶。所以，循環(huán)壽命，根據(jù)放電深度不同而差別很大，放電深度越深，循環(huán)次數(shù)越少，放電深度越淺，循環(huán)次數(shù)越多，根據(jù)試驗結(jié)果放電深渡與循環(huán)次數(shù)聯(lián)系如下表：
3、一些鉛酸蓄電池在做70%的1C充電和60%的2C放電中，由于采用連續(xù)大電流循環(huán)，破壞了電池生成大硫酸鉛結(jié)晶的條件，所以可能看不到鉛酸蓄電池硫化對電池的破壞。如果試驗中途停頓，鉛酸蓄電池硫化的問題就會顯現(xiàn)。由于電池重量大，一些用戶經(jīng)常采取電池經(jīng)過多次使用放完電才再次充電，這樣電池放電以后沒有及時充電，鉛酸蓄電池硫化就比較嚴(yán)重。另外，鉛酸蓄電池的硫酸比重比較高，也是鉛酸蓄電池硫化的重要因素。而鉛酸蓄電池硫化，破壞了負(fù)極板氧循環(huán)的能力，形成加速失水。這樣，鉛酸蓄電池的硫酸比重更加高，導(dǎo)致更加容易導(dǎo)致鉛酸蓄電池硫化。所以，鉛酸蓄電池硫化的程度可能不同，但是對鉛酸蓄電池的壽命影響卻是普遍的。
二、失水
1、密封鉛酸蓄電池的最基本原理之一就是正極板析氧以后，氧氣直接到負(fù)極板與負(fù)極板的析氫還原為水，考核鉛酸蓄電池這個技術(shù)指標(biāo)的參數(shù)叫做“密封反應(yīng)效率”，這種現(xiàn)象叫做“氧循環(huán)”。這樣，鉛酸蓄電池的失水很少，實現(xiàn)了“免維護(hù)”，就是免加水。但密封鉛酸蓄電池的這種氧循環(huán)在電動自行車上卻被破壞，導(dǎo)致電池大量失水。
2、為了滿足電池在8小時以內(nèi)充滿電，所以在三段式恒壓限流充電中，如36伏充電器的恒壓為44.4伏，3個單體電池共有18個單格，折合單格電壓就為2.466V。這樣，大大超過電池正極板析氧電壓的2.35V和負(fù)極板析氫電壓的2.42V。一些充電器制造商的產(chǎn)品為了降低充電時間的指示，提高了恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流，而使得充電指示充滿電以后，還沒有充滿電，就靠提高浮充電壓來彌補(bǔ)。這樣，很多充電器的浮充電壓超過單格電壓2.35V，這樣在浮充階段還在大量析氧。而鉛酸蓄電池的氧循環(huán)又不好，這樣在浮充階段也在不斷的排氣。
3、一組36伏鉛酸蓄電池有3個單體電池，每個單體電池有6個單格，每個單格有15塊以上正負(fù)柵板，一組電池就最少有270個焊點，如果產(chǎn)生千分之一的虛焊就會導(dǎo)致每4組電池必然有一組不合格，而鉛鈣板非常容易因析鈣而造成虛焊，所以電池制造商普遍采用低銻合金板，而低銻合金的析氣電壓更低，電池出氣量更大，失水就更加嚴(yán)重。
4、浮充鉛酸蓄電池的硫酸標(biāo)準(zhǔn)比重應(yīng)該在1.21~1.28之間，但為適應(yīng)電動自行車大容量、大電流放電的要求，電池的硫酸比重一般都在1.36~1.38左右。由于電池的硫酸比重相對高了很多，所以，電池的硫化也相對嚴(yán)重。電池放電以后到第二天充電以前，硫酸比重高的電池的硫化明顯。這樣，更加降低了負(fù)極板氧循環(huán)的能力。而失水以后的電池，失去的主要是水，留下了硫酸的成分，相當(dāng)于進(jìn)一步提高了硫酸的比重，這樣就使鉛酸蓄電池更加容易硫化。所以，鉛酸蓄電池硫化加重了失水，失水又加重了硫化。對用戶而言，“密封”是必要的，否則酸液溢出的后果不堪設(shè)想，但在電動車領(lǐng)域過份地推廣“免維護(hù)”的概念是不合適的。
三、熱失控
1、鉛酸蓄電池在充入電量達(dá)到70%以后，鉛酸蓄電池的極化電壓相對比較高，充電的副反應(yīng)開始逐步增加，電解水開始了。在充電的單格電壓達(dá)到2.35V以后，首先正極板析氧，在達(dá)到2.42V以后，負(fù)極板開始析氫。這時候充電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能減少，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑哪芰吭黾印３潆娺^程的是否析氣取決于充電電壓，析氣量取決于達(dá)到析氣電壓以后的充電電流。所以，在充電過程中，充電電壓在進(jìn)入恒壓以后，電壓開始接近于最高，充電電流也保持限流值。這時候析氣量最大。在進(jìn)入恒壓以后，充電電流應(yīng)該逐步下降，析氣量也應(yīng)該逐步下降。充電本身是放熱反應(yīng)，一般鉛酸蓄電池的熱設(shè)計是可以控制溫升的。在鉛酸蓄電池大量析氣以后，氧氣在負(fù)極板復(fù)合為水，發(fā)熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于充電時的發(fā)熱。密封鉛酸蓄電池希望負(fù)極板具有良好的氧循環(huán)能力，但是，氧循環(huán)會產(chǎn)生發(fā)熱。所以，氧循環(huán)是一把雙刃劍，好處是減少了水損失，壞處是電池會發(fā)熱。
2、在恒壓充電的條件下，氧循環(huán)電流也參與了充電電流，所以充電電流下降速率放緩。而鉛酸蓄電池發(fā)熱，會引起充電電流下降速率更加緩慢，甚至電流反升。而充電電流在電池發(fā)熱的作用下，一旦電流反升，又增加了發(fā)熱。這樣，充電電流一直會上升到限流值。電池發(fā)高熱，并且積累熱，一直到電池外殼發(fā)生熱軟化變形。而電池的熱變形時，內(nèi)部氣壓高，所以呈現(xiàn)電池時鼓脹的。這就是電池?zé)崾Э囟鴵p壞電池。鉛酸蓄電池一旦出現(xiàn)嚴(yán)重鼓脹，漏酸和漏氣的問題也出現(xiàn)了，鉛酸蓄電池會出現(xiàn)急性失效。誘發(fā)電池鼓脹的原因有很多。如果充電電壓高，析氣量大，會產(chǎn)生熱失控。如果某一組電池或者某一個單格電池發(fā)生嚴(yán)重落后，而充電的恒壓值不變，其他的單格電池也會出現(xiàn)充電電壓相對過高，也會產(chǎn)生熱失控問題。為降低電池的熱失控機(jī)率，很多充電器廠家將恒壓值降低至43伏，這也必然導(dǎo)致欠充。
3、導(dǎo)致鉛酸蓄電池充電發(fā)熱的另一個原因就是硫化，硫化直接導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，這就進(jìn)一步造成鉛酸蓄電池充電發(fā)熱，發(fā)熱又使氧循環(huán)電流上升，所以硫化嚴(yán)重的電池，熱失控發(fā)生的機(jī)率很大。從解剖電動自行車鉛酸蓄電池的失效模式證明，90%的失效電池同時伴有嚴(yán)重失水現(xiàn)象。膠體電池失水少于普通電池，所以其壽命應(yīng)該長于普通電池。膠體電池內(nèi)部自放電在貯存期間不比普通的電池大，這可以通過貯存以后容量下降比對可以證明。在同樣的鉛酸蓄電池內(nèi)壓條件下，膠體電池析氣失水少于普通電池。而每次開閥析氣都會帶走部分熱量。膠體鉛酸蓄電池開閥少于普通鉛酸蓄電池，失水少是其優(yōu)點，但是析氣失水少，開閥少，帶走電池內(nèi)部的熱量就少，所以電池內(nèi)部溫升就高于普通電池。而電池內(nèi)部溫升高，自放電也大，產(chǎn)生的熱量就更高。因此在夏季環(huán)境溫度較高的條件下，由于析氣電平的下降，析氣量最近，同時溫升也高。這樣膠體鉛酸蓄電池進(jìn)入熱失控的概率就大得多了。
四、活性物質(zhì)脫落、極板軟化
鉛酸蓄電池正極板活性物質(zhì)的有效成分是氧化鉛，氧化鉛分α-PbO2和β-PbO2，其中，α-PbO2物理特性堅硬，容量比較小，以多孔狀附著在極板，用于擴(kuò)大極板面積和支撐極板；β-PbO2依附α-PbO2構(gòu)成的骨架上面，其荷電能力比α-PbO2強(qiáng)很多，氧化鉛放電放電以后形成硫酸鉛，充電時硫酸鉛又還原為氧化鉛，但在強(qiáng)酸環(huán)境中硫酸鉛只能夠生成β-PbO2，活性物質(zhì)脫落就是α-PbO2脫落。造成活性物質(zhì)脫落的原因很多：
1、鉛酸蓄電池極板活性物質(zhì)分布不均勻，造成放電時膨脹張力不同而脫落。
2、鉛酸蓄電池過放電欠壓時，β-PbO2大量減少，α-PbO2就會參與放電反應(yīng)生成硫酸鉛。
3、硫化結(jié)晶在極板上生長的膨脹張力也會導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落。正極板一旦出現(xiàn)軟化，起到支持作用的多孔結(jié)構(gòu)就被破壞了，正極板的多孔被電池極板的壓力壓實了，就降低了參與反應(yīng)的真實面積，鉛酸蓄電池容量就下降了。這樣，防止過放電、抑制和消除硫化是控制正極板軟化的重要措施。放電的時候，每次放電，或多或少的總要有一點點α-PbO2參與反應(yīng)。
所以，一個正常使用的鉛酸蓄電池，在不失水也不硫化，也沒有過放電的情況下，電池的壽命就取決于正極板軟化。電池容量受活性物質(zhì)和利用率影響。電動車鉛酸蓄電池外形尺寸一定，極板的質(zhì)量已被限制到一定的程度，只有提高活性物質(zhì)的利用率，才能提高容量。要提高鉛酸蓄電池容量，必然增加孔率，提高PbO2含量、硫酸比重，但是這些措施都會加速正極板的軟化，造成鉛酸蓄電池壽命加速衰減，充放電過程中活性物質(zhì)會產(chǎn)生膨脹、收縮（特別是正極板），放電深度越深，活性物質(zhì)膨脹收縮量越大，更加速活性物質(zhì)軟化。因此，初始容量偏大時直接影響鉛酸蓄電池壽命。
五、短路
鉛酸蓄電池的短路指鉛電池內(nèi)部正負(fù)極群相連。為了增加鉛酸蓄電池的容量，目前電動車鉛酸蓄電池電池的極板數(shù)量普遍采用增加極板方式，這就導(dǎo)致隔板相對比其他電池的隔板薄一些，負(fù)極板的硫酸鉛結(jié)晶長大，充電以后出現(xiàn)少量硫酸鉛遺留在隔板中，遺留在隔板中的硫酸鉛一旦被還原稱為鉛，積累多了，鉛酸蓄電池電池就會出現(xiàn)微短路，這種現(xiàn)象叫做“鉛枝搭橋”。微短路輕的產(chǎn)生該單格電壓落后，嚴(yán)重的時候會出現(xiàn)單格短路。極板上活性物質(zhì)膨脹脫落，也會造成正負(fù)極板相連。
六、均衡問題
不少鉛酸蓄電池在單體測試中，可以獲得比較好的結(jié)果，但是，對于串連鉛酸蓄電池組來說，由于容量差、開路電壓差等原始配組誤差，充電時電壓高的電池會增加失水，電壓低的電池會欠充電，放電的時候，電壓低的會出現(xiàn)過放電，形成鉛酸蓄電池硫化。隨著充放電的循環(huán)，鉛酸蓄電池硫化的單體更易硫化，這個差異被擴(kuò)大，最終影響整組電池壽命。
七、無法充電
12V鉛酸電池的終止放電電壓為10.5伏，如果強(qiáng)行放電至終止電壓以下，鉛酸蓄電池就有極大的機(jī)率失去再充電能力。電動車的控制器內(nèi)都有一個保護(hù)裝置，當(dāng)鉛酸蓄電池達(dá)到終止電壓時，保護(hù)裝置會強(qiáng)行斷開電路，但如果這個保護(hù)裝置出現(xiàn)上漂移時，或者斷電后電池出現(xiàn)電壓回升，保護(hù)裝置就無法正確判斷。
八、鉛酸蓄電池自行放電
充足電的鉛酸蓄電池放置不用，逐漸失去電量的現(xiàn)象，稱之自行放電。自行放電是不可避免的，在正常情況下，每天放電率不應(yīng)超過0.35%~0.5%。鉛酸蓄電池自行放電的主要原因：
1、極板或電解液中含有雜質(zhì)，雜質(zhì)與極板間或不同雜質(zhì)間產(chǎn)生了電位差，變成一個局部電池，通過電解液構(gòu)成回路，產(chǎn)生局部電流，使鉛酸蓄電池放電。
2、隔板破裂，導(dǎo)致正負(fù)極板短路。
3、鉛酸蓄電池殼表面上有電解液或水，在極樁間成為導(dǎo)體，導(dǎo)致鉛酸蓄電池放電。
4、活性物質(zhì)脫落過多，并沉積在電池底部，使極板短路造成放電。
