车用铅酸蓄电池的失效分析与正确使用维护

2015-07-27李治亮中国人民解放军蚌埠汽车士官学校安徽蚌埠233011

山东工业技术 2015年19期

关键词：失效分析

李治亮（中国人民解放军蚌埠汽车士官学校,安徽　蚌埠　233011）

车用铅酸蓄电池的失效分析与正确使用维护

李治亮
（中国人民解放军蚌埠汽车士官学校,安徽蚌埠233011）

摘要：针对铅酸蓄电池作为车辆的起动电源应该广泛，易于损坏的特点，介绍了铅酸蓄电池的工作原理，分析了其常见的失效原因，并据此提出了铅酸蓄电池正确使用与维护的原则，为提高铅酸蓄电池电池使用质量，延长其使用寿命提供参考。

关键词：铅酸蓄电池；失效分析；正确维护

蓄电池是车辆用电设备的动力源，充电时将电能转化为化学能储存在电池内，放电时将电池内存储的化学能转化为电能，车辆使用中为整车用电设备供电，同时在供电系统中还起到稳定电压的作用。车用蓄电池通常分为铅酸蓄电池和镍碱蓄电池，现代车辆上广泛采用结构简单、内阻小，起动性能较好的铅酸蓄电池。铅酸蓄电池使用的好坏不仅与电池本身质量有关，正确的使用和维护也能够显著提高蓄电池的使用寿命和效率。

1　铅酸蓄电池的结构和工作原理

1.1铅酸蓄电池的基本结构

铅酸蓄电池主要由电池槽、正极板、负极板、隔板、联接条、极桩和电解液组成。蓄电池的主要电能转换部件是正、负极板和电解液。正、负极板采用具有较高强度和抗氧化性能的铅锑合金矩形框架，框内布置有纵横交错的金属网格。正极板由棕色海绵状二氧化铅（PbO2）活性物质填充在网格中，负极板网格由青灰色海绵状纯铅（Pb）填充。正、负极板相互嵌合，中间为防止短路，插入由塑料或玻璃纤维制成的网状隔板。电池槽是由耐腐蚀的硬质塑料压铸而成，用来盛装电解液和正、负极板，12V蓄电池电解槽通常由6个单元格串联而成。蓄电池的电解液是由纯净的蒸馏水和硫酸按照一定的比例配制而成，温度为20℃时，我国南方地区电解液比重γ 为1.20～1.25g/cm3，北方地区其比重为1.28～1.30g/cm3。

1.2铅酸蓄电池的工作原理

铅酸蓄电池工作是电能和化学能反复转换的过程。蓄电池充电时，在外电场的作用下，在正负极板中的硫酸析出进入电解液，电解液中的硫酸浓度增加，同时正极板主要成分变为PbO2，负极板变为纯Pb。在放电时，负极板Pb与电解液中的SO42-离子反应生成PbSO4，并释放电子经负载进入正极形成电流，同时正负极PbO2得到电子并与SO42-反应生成PbSO4，其反应可以用下式表示。

2　车用铅酸蓄电池常见的失效原因

2.1极板的硫化

蓄电池过度放电或长期处于亏电状态时，电池极板上就会有结晶粗大的PbSO4存在，电池内阻增加，极板活性物质的孔隙会被其堵塞，电解液难以渗入到活性物质内部，并且PbSO4长期存在也会导致其失去活性，不能再参与化学反应，造成电池容量降低，甚至消失，这一现象被称为活性物质的硫化。已经硫化的电池，充电时电解液温度会迅速升高，充电初期常出现大量气泡，电压很高，但是电解液密度上升缓慢，充电结束后密度比正常电池低，放电时电池电压下降较快，电池不能正常使用。

2.2蓄电池失水

铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解，并以气体的形式从加液口排出。当充电达到一定电压时，蓄电池正极放出氧气，负极放出氢气，造成蓄电池电解液中水分的减少。电池失水会使电解液比重增加，过强的电解液酸性使正极板孔隙率增高，导致电池正极栅板的腐蚀。同时电解液的相对变少，使参与化学反应的活性物质减少，硫酸比重也相对变高，造成容量降低、电池的硫化相对严重，因此失水会加剧蓄电池的硫化。

2.3正极板腐蚀脱落

正极活性物质之间以及正极活性物质与板栅之间失去结合力，并逐渐脱落，是铅酸蓄电池的主要失效模式之一。放电过程中活性物质PbO2还原成PbSO4，二者的形状和结构完全不同，PbSO4的摩尔体积要高于PbO2，电池放电较少时，正极板内部骨架仍然是结合力较强的PbO2，但是当深度放电后，正极板内部的活性物质变成较为疏松的PbSO4，在充电时外部的PbO2又会沉积在PbSO4上，如此反复，活性物质的连接发生改变，颗粒之间失去结合力，造成了活性物质脱落的可能性增加，正极出现软化，伴随着车辆的颠簸，加剧了活性物质的脱落。

2.4热失控

热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种积累性的相互增强促进作用，并逐步损坏蓄电池的现象。热失控的直接后果是电池外壳鼓胀、漏气、电池容量下降，最终导致电池失效。造成热失控主要因素是过充电压，电池在过充电时会电解水产生氧气和氢气，气体在负极复合时又会产生大量的热，加剧电池的升温。

3　铅酸蓄电池的正确使用与维护

3.1蓄电池充电原则

蓄电池充电的方法一般有定电流充电、定电压充电和快速充电三种方法。对于深度放电的蓄电池一般采用定电流充电，有利于少量硫化活性物质的恢复。深度放电蓄电池定电流充电初期采用电池容量的1/10A进行充电，此时电流的大小和活性物质转换速度相适应，电流利用率较高，当充电达到容量75%左右时，极板表面的活性物质转换基本完成，未转化的PbSO4大部分在极板深处，转换速度变慢，此时应将电流减半再进行充电。

3.2蓄电池正确使用

蓄电池在使用中应保持外表清洁要防止金属杂物落入蓄电池盖上，以免引起极柱短路而损坏蓄电池。不同的电池在串联使用时，由于电压和容量的不同，部分电池会发生过度放电，因此在使用电池时不要将旧电池或不同型号、品牌的电池混用。

新蓄电池加液后就应该使用，电池一旦加入电解液后长期不用，由于自放电特性，电池就会逐渐硫酸化。车辆长期搁置不用，应将蓄电池极柱上的电源线取掉一根，使汽车整个直流电路断开，防止暗电流对蓄电池的放电影响，同时每三个月对电池进行一次充电。

蓄电池安装时应进行固定，否则蓄电池接线柱易出现松动，加剧蓄电池外壳的磨损，同时由于蓄电池的颠簸晃动造成电解液的渗漏，腐蚀车辆。在固定蓄电池时还应防止电池被挤压变形，避免电池内部短路，固定电池的衬垫、连接螺母、螺栓、垫圈和连接线应松紧适度、均匀，避免螺栓松动或过紧。