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汽车蓄电池的维护与故障分析


学校:周口科技职业学院 大学应届生毕业论文 题目:汽车蓄电池的维护与故障分析 学生姓名: 学号: 专业:汽车检测与维修技术 班级: 指导老师:

摘要 世界各国都把电动车作为汽车工业的发展方向,电动车用动力蓄电池的性能以及其能量管理系统(BMS)是 关系到电动车实用化、 商品化的关键技术之一, 而作为电池管理系统最重要功能之一的电池荷电状态 (SOC) 估计对

电动车的动力蓄电池的可靠运行及电动汽车的动力输出策略等方面具有重要意义。综合考虑电动汽 车常用的动力蓄电池的性能并总结了春电动汽车的实际要求,选择铅酸电池作为其动力源。同时,根据不 同的铅酸电池类型,分析优缺点,最终确定将阀控铅酸电池(VRLA)用于纯电动车中。 关键词: 蓄电池 阀控铅酸电池 正文 一、汽车蓄电池 1.常用的蓄电池分类及特点 目前,我们常用的蓄电池主要分为三类,分别为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。 1) 普通蓄电池;普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。它的主要优 维护 故障 分析

点是电压稳定、价格便宜;缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。 2) 干荷蓄电池:它的全称是干式荷电铅酸蓄电池,它的主要特点是负极板有较高的储电能力,在完 全干燥状态下,能在两年内保存所得到的电量,使用时,只需加入电解液,等过20—30分钟就可使用。 3) 免维护蓄电池:免维护蓄电池由于自身结构上的优势,电解液的消耗量非常小,在使用寿命内基 本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的 两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种:第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充 液);另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死,用户根本就不能加补充液。 2. 铅酸蓄电池的结构 一般的蓄电池铅酸蓄电池是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成,其放电的化学反应是依 靠正极板活性物质(二氧化铅和铅)和负极板活性物质 (海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行, 其中极板的栅架,传统蓄电池用铅锑合金制造,免维护蓄电池是用铅钙合金制造,前者用锑,后者用钙, 这是两者的根本区别点。不同的材料就会产生不同的现象:传统蓄电池在使用过程中会发生减液现象,这 是因为栅架上的锑会污染负极板上的海绵状纯铅,减弱了完全充电后蓄电池内的反电动势,造成水的过度 分解,大量氧气和氢气分别从正负极板上逸出,使电解液减少。用钙代替锑,就可以改变完全充电后的蓄 电池的反电动势,减少过充电流,液体气化速度减低,从而减低了电解液的损失。 由于免维护蓄电池采用铅钙合金栅架,充电时产生的水分解量少,水份蒸发量低,加上外壳采用密封结构, 释放出来的硫酸气体也很少,所以它与传统蓄电池相比,具有不需添加任何液体,对接线桩头、电线腐蚀 少,抗过充电能力强,起动电流大,电量储存时间长等优点。 免维护蓄电池因其在正常充电电压下,电解液仅产生少量的气体,极板有很强的抗过充电能力,而且具有 内阻小、低温起动性能好、比常规蓄电池使用寿命长等特点,因而在整个使用期间不需添加蒸馏水,在充 电系正常情况下,不需从拆下进行补充充电。但在保养时应对其电解液的比重进行检查。 大多数免维护蓄电池在盖上设有一个孔形液体(温度补偿型)比重计,它会根据电解液比重的变化而改 变颜色。可以指示蓄电池的存放电状态和电解液液位的高度。当比重计的指示眼呈绿色时,表明充电已足, 蓄电池正常;当指示眼绿点很少或为黑色,表明蓄电池需要充电;当指示眼显示淡黄色,表明蓄电池内部 有故障,需要修理或进行更换。 免维护蓄电池也可以进行补充充电,充电方式与普通蓄电池的充电方法基本一样。充电时每单格电压

应限制在2. 3-2. 间。 4V 注意使用常规充电方法充电会消耗较多的水, 充电时充电电流应稍小些(5A 以下)。 不能进行快速充电,否则,蓄电池可能会发生爆炸,导致伤人。当免维护蓄电池的比重计,显示为淡黄色 或红色时,说明该蓄电池已接近报废,即使再充电,使用寿命也不长。此时的充电只能做为救急的权宜之 计。 有条件时,对免维护蓄电池可用具有电流-电压特性的充电设备进行充电。该设备即可保证充足电,又 可避免过充电而消耗较多的水。 一般这类免维护电池从出厂到使用可以存放10个月,其电压与电容保持不变,质量差的在出厂后的3 个月左右电压和电容就会下降。在购买时选离生产日期有3个月的,当场就可以检查电池的电压和电容是否 达到说明书上的要求,若电压和电容都有下降的情况则说明它里面的材质不好,那么电池的质量肯定也不 行,有可能是加水电池经过经销商充电后伪装而成的。 二、汽车蓄电池的维护保养 1. 铅酸蓄电池的发展历史和现状 铅酸蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的,至今已有一百五十年的历史。铅酸蓄电池自发明后,在化 学电源中一直占有绝对优势。这是因为其原材料易于获得,价格低廉,使用上有充分的可靠性,适用于大 电流放电及广泛的环境温度范围等优点。 到20世纪初,铅酸蓄电池历经了许多重大的改进,提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。 然而,开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点:一是充电末期水会分解为氢,氧气体析出,需经常加酸、加水, 维护工作繁重;二是气体溢出时携带酸雾,腐蚀周围设备,并污染环境,限制了电池的应用。近二十年来, 为了解决以上的两个问题,世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池,希望实现电池的密封,获得干净的绿色能 源。 1912年 ThomasEdison 发表专利,提出在单体电池的上部空间使用铂丝,在有电流通过时,铂被加热, 成为氢、氧化合的催化剂,使析出的 H2与 O2重新化合,返回电解液中。但该专利未能付诸实现:主要原因 有如下三点,一是铂催化剂很快失效;二是气体不是按氢2氧1的化学计量数析出,电池内部仍有气体存在; 三是存在爆炸的危险。20世纪60年代,世界各大电池公司投入大量人力物力进行开发。1969年,美国登月 计划实施,密封阀控铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源,最后镉镍电池被采用,但密封铅酸 蓄电池技术从此得到迅速发展。 随着电信业的飞速发展, VRLA 电池在电信部门也得到了迅速推广使用。 1991

年,英国电信部门对正在使用的 VRLA 电池进行了检查和测试,发现 VRLA 电池并不象厂商宣传的那样性能 先进稳定可靠,电池出现了热失控、燃烧和早期容量失效等现象,这引起了电池工业界的广泛讨论,并对 VRLA 电池的发展前途、容量监测技术、热失控和可靠性表示了疑问,此时,VRLA 电池市场占有率还不到富 液式电池的50%,原来提到的“密封免推护铅酸电池”名称正式被“VRLA 电池”取代,原因是 VRLA 电池是一种 还需要管理的电池,采用“免维护”容易引起误解。针对这些问题,电池专家和生产厂家的技术员纷纷发表 文章提出对策和看法,这些文章对 VRLA 电池的发展和推广应用起了很大的促进作用。1992年,世界上 VRLA 电池用量在欧洲和美洲都大幅度增加,在亚洲国家电信部门提倡全部采用 VRLA 电池;1996年 VRLA 电池基 本取代传统的富液式电池,VRLA 电池已经得到了广大用户的认可。 2.阀控式铅酸蓄电池的定义 阀控式铅酸蓄电池的英文名称为 Valve Regulated Lead Acid Battery(简称 VRLA 电池),其基本特点是密 封结构,使用期间不用加酸加水维护,不会漏酸,正确使用也不会向空气中排放酸雾,单体电池的上部设 有安全阀,该阀的作用是当电池内部气体量超过一定压力时,排气阀自动打开,排出气体,防止因电池内 部压力过大而引起电池壳体破裂或爆炸,待压力达到平衡后自动关阀,防止空气进入电池内部。 3.阀控式铅酸蓄电池的分类 阀控式铅酸蓄电池的英文名称为 Valve Regulated Lead Acid Battery(简称 VRLA 电池),其基本特点是密 封结构,使用期间不用加酸加水维护,不会漏酸,正确使用也不会向空气中排放酸雾,单体电池的上部设 有安全阀,该阀的作用是当电池内部气体量超过一定压力时,排气阀自动打开,排出气体,防止因电池内 部压力过大而引起电池壳体破裂或爆炸,待压力达到平衡后自动关阀,防止空气进入电池内部。 4.阀控式铅酸电池的工作原理 电池充电过程中存在水分解反应,当正极充电到70%时,开始析出氧气,负极充电到90%时开始析出氢气。 阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再复合利用,同时抑制氢气的析出,克服了传统式铅酸蓄电池的主 要缺点。 阀控式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量设计,正极在充电后期产生的氧气通过空隙扩散到负极,与 负极海绵状铅发生反应,使负极处于去极化状态或充电不足状态,达不到析氢过电位,所以负极不会由于 充电而析出氢气,电池失水量很小,故使用期间不需加酸加水维护。在阀控式铅酸蓄电池中,负极起着双 重作用,即在充电末期或过充电时,一方面极板中的海绵状铅与正极产生的 O2反应而消耗氧气,另一方面

是极板中的硫酸铅又要接受外电路传输来的电子进行还原反应,由硫酸铅反应成海绵状铅。在电池内部, 若要使氧的复合反应能够进行,必须使氧气从正极顺畅的扩散到负极。氧的移动过程越容易,氧循环就越 容易建立。在阀控式蓄电池内部,氧以两种方式传输:一是溶解在电解液中的方式,即通过在液相中的扩 散,到达负极表面;二是以气相的形式扩散到负极表面。传统富液式电池中,氧的传输只能依赖于氧在正 极区 H2SO4溶液中溶解,然后依靠在液相中扩散到负极。如果氧呈气相在电极间直接通过开放的通道移动, 那么氧的迁移速率就比单靠液相中扩散大得多。充电末期正极析出氧气,在正极附近有轻微的过压,而负 极化合了氧,产生一轻微的真空,于是正、负间的压差将推动气相氧经过电极间的气体通道向负极移动。 阀控式铅蓄电池的设计提供了这种通道,从而使阀控式电池在浮充所要求的电压范围下工作,而不损失水。 5.阀控铅酸蓄电池的失效模式 5.1 干涸失效模式 从阀控铅酸蓄电池中排出氢气、氧气,水蒸气、酸雾,都是电池失水的方式和干涸的原因。电池干涸失效 是阀控铅酸蓄电池所特有的。失水的原因有以下几种: ①气体再化合的效率低。 ②从电池壳体蒸发水。 ③板栅腐蚀消耗水。 ④自放电损失水。 5.1.1气体再化合效率 气体再化合效率与选择浮充电压关系很大。电压选择过低,虽然氧气析出少,复合效率高,但个别电池会 由于长期充电不足造成负极盐化而失效,使电池寿命缩短。浮充电压选择过高,气体析出量增加,气体再 化合效率低,虽避免了负极失效,但安全阀频繁开启,失水多,正极板栅也有腐蚀,影响电池寿命。 5.1.2从电池壳体蒸发水 电池壳体的渗透率,除取决于壳体材料种类、性质外,还与其壁厚,壳体内外间水蒸气压差有关。虽然有 些壳体材料的水蒸气渗透率较大,但强度好,所以仍然得到广泛的应用。 5.1.3板栅腐蚀 板栅腐蚀也会造成水分的消耗。 5.1.4自放电

正极自放电析出的氧气可以在负极再化合而不至于失水,但负极出析的氢不能在正极复合,会在电池累积, 从安全阀排出而失水,尤其是电池在较高温度下贮存时,自放电加速。 5.2 容量过早损失的失效模式 阀控铅酸蓄电池早期容量损失常容易在如下条件发生: ①不适宜的循环条件,诸如连续高速率放电、深放电、充电开始时低的电流密度。 ②缺乏特殊添加剂如 Sb、Sn、H3PO4。 ③低速率放电时高的活性物质利用率、电解液高度过剩,极板过薄等。 ④活性物质视密度过低,装配压力过低等。 5.3热失控的失效模式 大多数电池体系都存在发热问题,在阀控铅酸蓄电池中可能性更大,这是由于:氧再化合过程使电池内产 生更多的热量;排出的气体量小,减少了热的消散; 若阀控铅酸蓄电池工作环境温度过高,或充电设备电压失控,则电池充电量会增加过快,电池内部温 度随之增加,电池散热不佳,从而产生过热,电池内阻下降,充电电流又进一步升高,内阻进一步降低。 如此反复形成恶性循环,直到热失控使电池壳体严重变形、涨裂。为杜绝热失控的发生,要采用相应的措 施: ①充电设备应有温度补偿或限流功能。 ②严格控制安全阀质量,以使电池内部气体正常排出。 ③蓄电池要安装在通风良好的位置,并控制电池温度。 5.4负极不可逆硫酸盐化 正常条件下,铅蓄电池在放电时形成的硫酸铅结晶,在充电时能较容易地还原为铅。如果电池使用和维护 不当,例如经常处于充电不足或过放电,负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅,它几乎不溶解,用常 规方法充电很难使它转化为活性物质,从而减少了电池容量,甚至成为蓄电池寿命终止的原因,这种现象 称为极板的不可逆硫酸盐化。为了防止负极发生不可逆硫酸盐化,必须对蓄电池及时充电,不可过放电。 5.5板栅腐蚀 在铅酸蓄电池中,正极板栅比负极板栅厚,原因之一是在充电时,特别是在过充电时,正极板栅要遭到腐 蚀,逐渐被氧化成二氧化铅而失去板栅的作用,为补偿其腐蚀量必须加粗加厚正极板栅。所以在实际运行

过程中,一定要根据环境温度选择合适的浮充电压,浮充电压过高,除引起水损失加速外,也引起正极板 栅腐蚀加速。电池的设计寿命是按正极板栅合金的腐蚀速率进行计算的,正极板栅被腐蚀的越多,电池的 剩余容量就越少;电池寿命就越短。 6.阀控式铅酸蓄电池的自放电 6.1自放电的原因 电池的自放电是指电池在存储期间通过内电路放电,致使容量降低的现象。自放电通常主要在负极,因为负 极活性物质为较活泼的海绵状铅电极,可发生置换反应。若在电极中存在着析氢过电位低的金属杂质,这 些杂质和负极活性物质能组成腐蚀微电池,结果负极金属自溶解,并伴有氢气析出,从而容量减少。在电 解液中杂质起着同样的有害作用。一般正极的自放电不大。正极为强氧化剂,若在电解液中或隔膜上存在 易于被氧化的杂质,也会引起正极活性物质的还原,从而减少容量。 6.2正极的自放电 正极的自放电是由于在放置期间,正极活性物质发生分解,形成硫酸铅并伴随着氧气析出。 6.3正极的自放电 蓄电池在开路状态下,铅的自溶解导致容量损失。引起自放电的因素很多,如电解液及极板材料有杂质, 引起局部电池效应自放电;隔板破裂,活性物质脱落;蓄电池盖上有浸润性灰尘,电解液或水形成回路自 放电。我们能做到的是保持蓄电池盖上的干燥和清洁。冬天从屋外移到屋内的蓄电池其表现上会有冷凝水, 可擦拭或静置屋内待其蒸发后再充电。 7.1阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素 7.1.1高倍率放电时容量下降的原因 放电倍率越高,放电电流密度越大,电流在电极上分布越不均匀,电流优先分布在离主体电解液最近的表 面上,从而在电极的最外表面优先生成 PbSO4。PbSO4的体积比 PbO2和 Pb 大,于是放电产物硫酸铅堵塞多 孔电极的孔口,电解液则不能充分供应电极内部反应的需要,电极内部物质不能得到充分利用,因而高倍 率放电时容量降低。 7.1.2放电电流与电极作用深度关系 在大电流放电时,活性物质沿厚度方向的作用深度有限,电流越大其作用深度越小,活性物质被利用的程 度越低,电池给出的容量也就越小。在大电流放电时,由于极化和内阻的存在,电池的端电压低,电压降

损失增加,使电池端电压下降快,也影响容量。 7.2温度对电池容量的影响 环境温度对电池的容量影响较大,随着环境温度的降低容量减小。环境温度变化1℃时的电池容量变化称为 容量的温度系数。 8.阀控铅酸蓄电池的使用 8.1运行充电 8.1.1补充充电与容量试验 阀控铅酸蓄电池是荷电出厂,由于自放电等原因,投入运行前要作补充充电和一次容量试验。补充充电应 按厂家使用说明书进行,各生产厂的要求并不完全一致。 8.1.2浮充充电 8.1.2.1浮充工作 阀控铅酸蓄电池在现场的工作方式主要是浮充工作制,浮充工作制是在使用中将蓄电池组和整流器设备并 接在负载回路作为支持负载工作的后备电源,浮充工作的特点是,一般说电池组平时并不放电,负载的电 流全部由整流器供给。当然实际运行中电池有局部放电以及由于负载的意外突然增大而放电。 8.1.2.2浮充充电作用 蓄电池组在浮充工作制中有两个主要作用 ①当市电中断或整流器发生故障时,蓄电池组即可担负起对负载单独供电任务,以确保通信不中断。 ②起平滑滤波作用。电池组与电容器一样,具有充放电作用,因而对交流成分有旁路作用。这样,送 至负载的脉动成分进一步减少,从而保证了负载设备对电压的要求。 8.1.2.3浮充电压的原则 ①浮充电流足以补偿电池的自放电损失。 ②当蓄电池放电后,能依靠浮充电很快地补充损失的电量,以备下一次放电。 ③在该充电电压下,电池极板生成的 PbO2较为致密,以保护板栅不致于很快腐蚀。 ④尽量减少 O2与 H2析出,并减少负极盐化。 ⑤浮充电压的选择还要考虑其它的影响因素,如电解液浓度对浮充电压的影响、板栅合金对浮充电压 的影响等。

根据浮充电压选择原则与各种因素对浮充电压的影响,国外一般选择稍高的浮充电压,范围可达 2.25—2.33V,国内稍低,2.23—2.27V。 8.1.2.4浮充电压的温度补偿 浮充充电与环境温度有密切关系。通常浮充电压是指环境25℃而言,所以当环境温度变化时,需按温度系 数补偿,调整浮充电压。不同厂家电池的温度补偿系数不一样,在设置充电机电池参数时,应根据说明书 上的规定设置温度补偿系数,如说明书没有写明,应向电池生产厂家咨询确定。 8.1.3关于均衡充电的问题 所谓均衡充电,就是均衡电池特性的充电,是指在电池的使用过程中,因为电池的个体差异、温度差异等 原因造成电池端电压不平衡,为了避免这种不平衡趋势的恶化,需要提高电池组的充电电压,对电池进行 活化充电。 8.1.3.1关于阀控铅酸蓄电池的均衡充电 ①均衡充电的概念是在老式铅酸电池使用中提出的,目前大多数的阀控式电池都明确提出“电压均衡、化成 彻底”。而“电池内不形成酸层,无需进行均衡充电”。 ②均衡充电会对阀控式电池造成损害。均衡充电电压对于大多数电池来说,都是较高的浮充电压。此 时,大多数正常电池都处于过充电状态。不能复合的气体在电池内部形成一定的压力,压力超过安全控制 阀阀值时,阀门打开,气体从控制阀中排出。 ③在以前的电池维护中,伴随着均衡充电的过程是进行电池电解液比重的调整,也就是说采用添加蒸 馏水的办法补充水量,以保持电池的均衡性。但在免维护电池中,在现有的维护制度下是不加水的,这样 一来,将不可避免造成电池的失水、电池干涸。 8.1.3.2如何保证阀控铅酸蓄电池端电压的一致性 ①电池端电压的决定性因素 首先,主要是电解液浓度和极板材料。电池失水,电解液浓度必然增大,使电池的端电压升高。其次, 与安全阀的开启有关。如安全阀的压力过低,必将造成电池过早失水、端电压上升。第三,串联电池之间 的连接状态是不同的,浮充时,会出现充电不足。当电池遇到深放电再进行恢复性充电时,难以恢复的电 池,将造成电池端电压偏低。 ②电池端电压的保证手段

既然电池会存在端电压不一致,又不允许电池进行均衡充电,那么应如何确保电池端电压的一致呢? 首先应从电池的原材料、生产环节保证电池电压的一致性。比如电池材料的选择,特别是电解液、极板、 压力控制阀等关键材料的选择。其次要确保电池安装的质量,保证电池安装状态的一致性。如,电池的连 接方法、扭力的均衡性等。第三,还要在维护中予以关注。对于落后的电池要进行恢复性充电,应定期检 查控制阀的工作状态。 9. 阀控铅酸蓄电池的维护 9.1日常维护 以前错误地认为阀控蓄电池是免维护蓄电池,很容易给人造成是无须维护而不闻不问。其实蓄电池的变化 是一个渐进的过程,为保证电池的良好使用,作好运行记录是相当重要的,每月应检查的项目如下: ①单体和电池组浮充电压。 ②电池的外壳和极柱温度。 ③电池的壳盖有无变形和渗液。 ④极柱、安全阀周围是否渗液和酸雾溢出。 9.2连接条是否拧紧 电池的连接条松动,会使连接处的接触电阻增大,在大电流充、放电过程中,很容易使连接条发热甚至 会导致电池盖的熔化,情况严重的可能引发明火。 9.3电池的内阻 已运行了4年以上的电池,有可能会导致电池的内阻增大及个体之间内阻差异,这种情况一般是要求相关厂 家对电池进行活化处理,降低内阻,恢复电池容量。 9.4电池的电压 有些厂家电池采用厚极板设计,使电池的寿命得到提高,但对于电池电压的均匀性就较难控制,一般需运 行两年以上电压才会逐渐均匀,此外电池电压偏低的还可以对整组电池进行浅放电,看该电池的放电电压 是否明显偏低,若明显低的话,就要联系相关厂家进行处理。 9.5电池的容量检测 对于已运行三年以上的电池,最好能每年进行一次核对性放电试验,放出额定容量的30--40%(额定容量按 实际放电率计算),每三年进行一次容量放电测试,放出额定容量的80%,记录电池单体电压和总电压。

9.6要及时充电 蓄电池放电时就开始了盐化反应,充电将具有活性的硫酸铅及时转化为海绵状铅和二氧化铅,若放置12小 时以上,活性的硫酸铅就会再次结晶成为较大晶体颗粒,成为不可逆的硫酸盐。 9.7要定期完全放电 在浮充状态下工作,应定期进行完全放电,以活化电池的极板物质,并检测电池的实际容量。 9.8不可欠电贮存 长期停用的电池,要将电池充满电再存放,至少每个月要充电一次。 9.9电池的混用 电池新、旧混用可能会导致电池的实际负荷电流不一样,所以应尽量避免混用。 9.10蓄电池的使用环境 阀控蓄电池应安装在远离热源和易产生火花的地方,在清洁的环境中使用。建议电池室温在15℃ 至35℃之 间,最好安装空调,控制温度在25℃左右。潮湿、通风不畅、太阳照射等环境必然会使阀控蓄电池的寿命 缩短。因此环境清洁、良好的通风条件、环境温度以及避免阳光直射是十分必要的。另外为了方便蓄电池 的维护,选择机房时要留有适当的维护空间。 三、汽车蓄电池故障分析 1.汽车蓄电池常见故障 1.1过放电 现象:1.2V 电池电压低于1.8 V(通常只有0-1.5V) 2.12V 电池电压低于10V,6V 电池电压低于5V 造成原因:1.浮充电压长期低于说明书要求的范围,电池长年亏电。 2.长期停止充电。 3.循环使用的电池每次补充电不足。 4.按一定的电流放电,放到终止电压后仍继续放电,放电后又不及时充电或充电不足。 5.电池贮存期过长。 责任归属:用户使用.维护不当 1.2过充电

现象:1.电池外壳各单格均鼓张,明显变形(电池使用时的轻微鼓胀,变形属正常现象)。 2.电池容量变小(电液趋于干枯)。 3.严重者端极柱基部渗酸。 4.一组电池中电压参差不齐。 造成原因:1.浮充电压超过说明书规定值。 2.环境温度高于45℃,但浮充电压未按要求进行缩减(以25℃为标准,环境温度每升1℃,电压降低3mV)。 3.充电机失控或误调充电机,造成充电电流超过规定值,且时间较长。 责任归属:用户使用.维护不当 1.3电池渗漏电液 1.3.1.现象:池壳或池盖明显因撞击摔打而破裂。原因:运输或搬运.安装或其他意外造成的撞击。责任归 属:查明责任人 1.3.2.1 现象:电池的极柱阀帽渗漏。原因:大电流长期充电造成外壳变形,渗漏。责任归属:用户充电 问题 1.3.2.2 现象:电池的极柱阀帽渗漏。原因:外观完好情况下极柱.阀帽渗漏。责任归属:厂家 1.3.2.3现象:电池的极柱阀帽渗漏。原因:极柱严重扭曲.撞击造成极柱渗漏。责任归属:用户操作不当。 1.4外观破损 1.4.1现象: 极柱断裂或电池外表损伤严重。 原因: 接线不当扭断或意外原因撞断极柱及造成电池外观破损。 责任归属:用户造成 1.4.2. 现象:极柱断裂或电池外表损伤严重。原因:运输或搬运造成。责任归属:查明责任人 1.5气阀故障 1.5.1.现象:电池中某单格外壳严重鼓胀甚至造成胀破了外壳。原因:阀帽与阀座在顶面的接触部位发生 了异常的粘结造成电池不能向外排气。责任归属:厂家 1.5.2. 现象:电池在存放一段时间(2-6个月)后某电池的开路电压或闭路电压明显比其他电池低(2V 电池 低于2V,6V 电池低于5.5V,12V 电池低于11V)将电池面上的盖片打开时其中的一个或两个阀帽的顶面中心 部位无凹陷(正常应有凹陷)现出。原因:1.阀帽与阀座配合太松,造成电池某单格未能密封好。 2.阀帽内壁或阀座外壁有杂物,造成某单路未能密封好,凡是气阀密封不良的单格都会使空气中的氧气可

进入电池,造成负极氧化而自放电,同时该单格电池因失水也较快而丧失电池容量。 责任归属:厂家 1.6自放电 现象:蓄电池完全充电后(以产品的生产日期为准)在温度为25±5℃的环境中静置6个月,其容量损失小于或 等于40%者,符合日工业规格"JISC8707-1992"及国内现行的"JB/T8451-1996"标准要求。原因:电池贮存经 历一个夏天到6个月时,剩余的10小时率容量≥50%说明电池正常因经历夏天,环境温度大于25℃,因而自放 电即使达50%也是正常的。责任归属:正常现象。 2故障现象及原因 2.1反极的现象及原因 铅蓄电池的反极系指蓄电池的正负极发生了改变,反极现象反映在两个方面,一是由于铅蓄电池在装配组 装时某单格电池极群组接反或整个电池极群组接反。这种情况下会出现铅蓄电池灌完酸用电压表测量端电 压时其端电压值小于各单体蓄电池额定电压之和的现象或出现端电压为负的现象。另一方面是铅蓄电池在 容量放电时在多个串联使用中,由于某个蓄电池(或某单体蓄电池)容量较低或完全丧失容量。在放电时这 个电池很快被放完电被其它电池进行反充电,使原来的负极变成正极,原来的正极变成负极,端电压出现 负值的现象。 对于前一种反极故障,在测量蓄电池端电压时(多个单体电池组成的蓄电池)都可发现,若有一个单体电 池反极,不仅失去该电池的2 V 电压,而且还要增加2 V 反电压,端电压要降低4V 左右。例如,对于额定 电压为12 V 的电池,如测量其端电压为8 V 左右,说明有1个单格电池反极。如测量其端电压为4 V 左右说 明有2个单格反极,如测量其端电压为—4 V 左右说明有4个单格反极,如测量其端电压为—12 V 说明6个单 格均反极。 对于后一种反极故障,其端电压值(负值)随放电情况而不同。一般在检测时,对于这种情况要及时将蓄电 池从放电线路中摘除下来,以免对蓄电池有所损坏。 2.2短路现象及原因 铅蓄电池的短路系指铅蓄电池内部正负极群相连。铅蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面: (1)开路电压低,闭路电压(放电)很快达到终止电压。 (2)大电流放电时,端电压迅速下降到零。

(3)开路时,电解液密度很低,在低温环境中电解液会出现结冰现象。 (4)充电时,电压上升很慢,始终保持低值(有时降为零)。 (5)充电时,电解液温度上升很高很快。 (6)充电时,电解液密度上升很慢或几乎无变化。 (7)充电时不冒气泡或冒气出现很晚。 造成铅蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面: (1)隔板质量不好或缺损,使极板活性物质穿过,致使正、负极板虚接触或直接接触。 (2)隔板窜位致使正负极板相连。 (3)极板上活性物质膨胀脱落,因脱落的活性物质沉积过多,致使正、负极板下部边缘或侧面边缘与沉积物 相互接触而造成正负极板相连。 (4)导电物体落入电池内造成正、负极板相连。 (5)焊接极群时形成的“铅流”未除尽,或装配时有“铅豆”在正负极板间存在,在充放电过程中损坏隔板造成 正负极板相连。 2.3极板硫酸化现象及原因 极板硫酸化系指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。铅酸 蓄电池极板硫酸化后主要有以下几种现象。 (1)铅蓄电池在充电过程中电压上升的很快,其初期和终期电压过高,终期充电电压可达2.90V/单格左右。 (2)在放电过程中,电压降低很快,即过早的降至终止电压,所以其容量比其它电池显著降低。 (3)充电时,电解液温度上升的快,易超过45℃。 (4)充电时,电解液密度低于正常值,且充电时过早地发生气泡。 (5)电池解剖时可发现极板的颜色和状态不正常。正极板呈浅褐色(正常为深褐色),极板表面有白色硫酸铅 斑点,负极板呈灰白色(正常为灰色)极板表面粗糙,触摸时如同有砂粒的感觉,并且极板发硬。 (6)严重的硫酸盐化,极板形成的硫酸铅白色结晶体粗大,在一般情况下不能复原成活性物质。 造成极板硫酸化主要有以下几方面的原因。 (1)铅蓄电池初充电不足或初充电中断时间较长。 (2)铅蓄电池长期充电不足。

(3)放电后未能及时充电。 (4)经常过量放电或小电流深放电。 (5)电解液密度过高或者温度过高,硫酸铅将深入形成不易恢复。 (6)铅蓄电池搁置时间较长,长期不使用而未定期充电。 (7)内部短路局部作用或电池表面水多造成漏电。 (8)电解液不纯,自放电大。 (9)电池内部电解液面低,使极板裸露部分硫酸化。 铅蓄电池在正常使用的情况下,正、负极板上的活性物质(Pb02和 Pb)大部分转变为小粒晶状的硫酸铅,这 些松软小粒晶状的硫酸铅是均匀地分布在多孔性的活性物质上,在充电时很容易和电解液接触起作用恢复 为原来的物质 PbO2和 Pb。 如果在使用中由于上述的使用不当的诸原因,极板上的活性物质会逐渐形成结晶粒粗大的硫酸铅,这些粗 而硬的硫酸铅晶体体积大,导电性差,因而会堵塞极板活性物质的细孔,阻碍了电解液的渗透和扩散作用, 增加了电池的内电阻,同时,在充电时,这种粗而硬的硫酸铅不如软小晶粒的硫酸铅容易转化为 PbO2、和 Pb。若历时过久,这些粗而硬的硫酸铅就会失去可逆作用,结果使极板的有效物质减少放电容量降低,使 用寿命缩短。 2.4极板弯曲和腐蚀断裂 极板弯曲多发生于正极板,而负极板很少发生,有的负极板弯曲则是由于正极板弯曲过甚而迫使负极板亦 随之弯曲所致。 极板的断裂多发生于使用寿命过程中,由于板栅腐蚀,强度变小,造成极板断裂,尤其正极板栅表现更为 严重,造成极板弯曲主要原因有以下几个方面: (1)极板活性物质在制造过程中因形成或涂膏分布不均匀,因此,在充放电时极板各部分所起的电化作用强 弱不均匀,致使极板上活性物质体积的膨胀和收缩不一致而引起弯曲,有的造成开裂。 (2)过量充电或过量放电,增加了内层活性物质的膨胀和收缩,恢复过程不一致,造成极板的弯曲。 (3)大电流放电或高温放电时,极板活性物质反应较激烈,容易造成化学反应不均匀而引起极板弯曲。 (4)蓄电池中含有杂质,在引起局部作用时,仅有小部分活性物质变成硫酸铅,致使整个极板的活性物质体 积变化不一致,造成弯曲。

造成正极板腐蚀断裂主要有以下几方面原因: (1)制造板栅合金工艺有问题,引起极板在充放电过程中不耐腐而断裂。 (2 )充电时,正极板栅处于阳极极化的条件下,经常过量充电是正极板腐蚀断裂的主要原因。 (3)电解液密度过高,温度过高,正极板氧化腐蚀加剧。 (4)铅蓄电池的电解液中,含有正极板栅有腐蚀作用的酸类或其它有机物盐类,都会逐渐腐蚀正极板栅。这 些对正极板栅有害的酸类、盐类可能来自硫酸蒸馏水中,也可能从隔板或其它部件里浸出,因此,在充放 电循环中,极板或正极扳栅不断地,被腐蚀。 (5)正极板受腐蚀的过程,也就是氧化膜生成的过程,因此板栅的线性尺寸有所增加,这就造成了板栅的 变形或膨胀。 正极板栅腐蚀和变形的特征: (1)电解液混浊,极板呈腐烂状。 (2)正极板活性物质,由于板栅受到腐蚀而失去了应有的强度和凝固性,造成脱落,这种脱落往往是呈块粒 状。 (3)由于正极板栅的腐蚀,引起活性物质脱落,这不仅破坏了活性物质的细孔组织,而且有效物质的数量 也逐渐减少。这必然造成电池的容量下降,循环寿命缩短。 正极板栅腐蚀机理: (1)二氧化铅表面析出氧腐蚀:当阳极充电时,正极析出氧,这些氧以“超化学当量的原子”的形式进入 二氧化铅的晶格中,并透过氧化物层扩散到金属表面,把金属氧化。氧化金属是决定铅的正极腐蚀速度的 基本过程,温度升高极化加强,引起氧扩散速度增加,腐蚀速度加快。 (2)催化腐蚀:二氧化铅在正极析出氧的反应中是一种催化剂。氧在析出时,是以中间产物自由基的形式 出现。例如: .OH、˙O˙、 .H2SO4等,这些中间产物在二氧化铅表面复合,引起二氧化铅膜松散,因而使膜 下的金属溶解,引起腐蚀。 (3)铅——二氧化铅固相反应腐蚀:板栅合金中的铅与活性物质二氧化铅之间有接触电位差,这个电位差是 电子从铅向二氧化铅迁移的原因,所以产生腐蚀。 (4)二氧化铅中有两种结晶,即 α—Pb02和 β—Pb02与板栅直接接触的那一层大半是 α—Pb02外层大部分是 β—Pb02,而阳极腐蚀的基本产物是 α—Pb02。

(5)正极板在阳极极化时腐蚀,基本上是沿着晶粒边界进行的.由于在合金每一小晶粒的外层都有另一固溶 体的外层,于是在晶粒之间形成了组份与晶粒本身不同的夹层——晶间夹层,合金腐蚀发生在夹层里。 2.5活性物质脱落 铅蓄电池在充放电过程中,极板的活性物质渐渐因损坏而脱落,这种现象主要发生在循环充放电未期, 主要特征是在电解液中有沉淀物,电池容量下降。活性物质的脱落,如果是电池的使用寿命接近终止时, 活性物质的脱落已是正常现象,但是在下列情况时,同样造成极板的活性物质脱落。 (1)负极板由于添加剂比例不当,在充放电过程中引起活性物质膨胀脱落。 (2)充放电电流大或过量充放电,长期过放电。 (3)充电时电解液温度、密度过高。 (4)放电时外电路发生短路。 (5)电解液不纯。 (6)极板硫酸化或板栅腐蚀断裂。 2.6容量降低 铅蓄电池放电时达不到额定容量或在充放电过程中容量降低一般有以下几种原因 (5)极群局部短路。 (6)电池串联焊接部位有虚假焊存在。故初期容量尚可,随着充放电过程,假焊部位产生氧化膜虽可导电, 但效果不佳。 (7)板栅腐蚀极板断裂,活性物质脱落。 (8)极板硫酸化。 (9)容量放电时电流偏大,电解液密度偏低或电解液液面高度不够。 (10)充放电设备、测量仪表超差或出现故障。 (11)放电时,电解液温度过低。 2.7电压异常 铅蓄电池在充放电过程中电压异常特征有以下几个方面: (1)开路电压低或充放电时电压均低。 (2)放电时电压迅速下降到终止电压停止放电后很快恢复较高的电压。

(3)充电时电压上升很快很高,停止充电时,电压下降的过低过快。 (4)放电时电压出现负值。 (5)充电时电压上升且电压偏低。 造成电压异常现象一般有以下几方面原因: (1)内部短路、反极。 (2)极板硫酸化。 (3)极板腐蚀断裂,活性物质脱落。 (4)电解液密度低或高。 (5)测量仪器仪表超差或故障。 (6)连接处接触不良。 (7)负极板收缩纯化。 (8)过量放电。 (9)充电不足。 (10)自放电大 (9)充电不足。 (10)自放电大。 2.8起动性能差 铅蓄电池起动性能差是指在大电流放电时达不到规定的要 求值。一般由以下几方面原因造成: (1)蓄电池连接条(壁焊处)及端柱与极柱联接处,汇流排与 极板连接处出现虚焊假焊,致使起动性能不佳或无法起动。 (2)电解液密度低,内阻大,隔板内阻大。 (3)正极板弯曲及极板硫酸化。 (4)放电设备与蓄电池连接接触电阻大。 (5)极群短路,极板连电。 (6)活性物质脱落。

(7)产品结构、工艺配方有问题。 (8)放电电流过大。 (9)环境温度过低。 2.9循环寿命短 铅蓄电池寿命提前终止的原因一般有以下几个方面:(1)正极板腐蚀、负极板膨胀。(2)极群短路,极板连 电。(3)隔板损坏或窜位及隔板不耐腐。(4)合金不耐腐。(5)充放电循环比例不当。 (6)电解液密度、温度 过高或过低,液面高度不够。(7)虚焊假焊,极板脱落。(8)极板硫酸化。(9)充放电电流过大。 3.当铅蓄电池试验终了后或蓄电池出现故障而无法排除时,需要解剖电池观察分析: 3.1 外观检查:检查蓄电池槽有无破损及裂纹。测量电解液密度值,电池端电压及每个单格电池电压情况。 检查蓄电池端柱及连接条情况。3.2 解剖观察:橡胶壳蓄电池放入较高温度环境中待其封口剂软化以后, 用小刀将封口剂剔出,用铁锯将连接条锯断,用铁勾将每个极群组拉出,放入铁盘内。塑壳电池用铁锯沿 槽盖热封处将蓄电池锯开,在观察壁焊连接处有无虚焊假焊及断裂情况以及极柱与端柱连接情况后,用铁 锯将壁焊处锯开,将每个极群组抽出,放入铁盘内。观察极群状况,是否有隔板缺少,汇流排有无断裂, 汇流排与极板极耳处的连接情况,有无掉片及虚焊假焊现象。观察极柱与汇流排,极柱与端柱的连接情况 有无断裂,虚焊假焊现象,观察极群内是否有异物存在。观察极群侧面,底部有无短路连电现象及隔板在 极群中位置及隔板边缘有无破损现象。观察蓄电池槽内电解液状况,活性物质沉积状况,槽内有无异物情 况以及电池槽中间隔板是否有开裂、破损、单格间沟通等。完成上述观察后,用铁锯锯开极板与汇流排连 接处,逐片检查正极板、负极板及隔板状况。观察正极板四边框有无断裂现象,极板表面状况,活性物质 脱落状况,小筋条腐蚀断裂情况以及极板有无弯曲等。对于管式正极板观察丝管有无破损,铅芯有无脱脖 现象,封底有无脱落,汇流排有无断裂以及管内活性物质有无下沉,空管程度等。观察负极板表面状况, 有无硫酸化迹象,活性物质有无收缩变硬,有无膨胀堆积及脱落现象。观察每片隔板腐蚀程度,有无破损、 断裂、掉角、穿孔现象,观察隔板时应将隔板用水洗净仔细观察。3.3 分析记录电池解剖观察后,记录好 观察结果,分析出影响电池性能及造成试验终止的原因。 结束语 在当今这个能源即将匮乏的社会上,环境一天比一天污染更严重的世界里。开发无污染新能源是必须的, 也是迫在眉睫的。汽车使用对生态环境污染的分析研究表明随着社会经济和汽车工业的飞速发展,汽车使

用造成的污染日趋加剧。现在汽车已成为破坏生态环境的元凶和能源的最的消耗着。开发新能源替代石油 已经是每个国家必须考虑的重大问题。所以以电代替石油等其他一些燃料是社会发展的方向。开发蓄电池 技术,把蓄电池应用在汽车上是我国发展汽车行业的一项新思路新想法。


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