动力型VRLA电池故障树分析

仲华，王杜友，李军，胡国柱

（浙江天能电池（江苏）有限公司，江苏 沭阳 223600）

动力型VRLA电池故障树分析

仲华，王杜友，李军，胡国柱

（浙江天能电池（江苏）有限公司，江苏 沭阳 223600）

为了更好地掌握动力型阀控铅酸蓄电池的特性，正确使用与维护蓄电池，延长电池的使用寿命，本文中采用故障树分析方法对动力型 VRLA 电池进行了故障现象解析。通过分析，能够快速、准确地找出故障产生的原因。

动力；阀控式铅酸蓄电池；故障树分析法；容量；使用与维护；活性物质

0 引言

近年来，随着电动观光车、电动清洁车和电动巡逻车等专用特种车辆的普及，对 60～200 Ah 容量的动力型 VRLA 电池需求量逐年增加，此类电池在使用过程中陆续出现了许多新的问题。根据市场反馈、现场调查和退回电池的情况，得知导致动力型 VRLA 电池故障的因素很多，需要对动力型 VRLA 电池进行稳定性分析，找出故障电池的主要失效机理[1]，进而在生产和使用中采取相应的措施，以提高产品的可靠性和使用寿命。

在本文中，采用故障树分析法，分析可能造成动力型 VRLA 电池故障的各种因素，画出故障树图，确定造成故障的各种可能因素产生的概率或者组合方式，来估算失效概率[2]，为开发、使用和维护产品提供定量和定性的依据，提高产品的可靠性。

1 FTA 分析

故障树分析法（FTA）的优势是可以分析产品的多种失效状态，既能对失效的影响进行分析，又能对失效的原因进行分析，用故障树图清晰表达逻辑思维过程，更容易找出产品在使用过程中的薄弱点和潜藏因素可能对其产生的影响，这样有助于在分析过程中及时发现问题并找到适当的途径来解决问题。定性分析和定量分析是 FTA 的两种主要分析方法[3]，定性分析目的是求出最小割集，建立失效模型，这样能够去除多余的集合，进而简化分析过程，通过概率论求解故障发生的概率 P(Z)。定量分析的数据统计及其理论还不完善。

表1 故障树分析常用逻辑符号及意义

2 动力型 VRLA 电池故障树建立

根据市场调查、退回电池出现的故障及多年积累的资料，动力型 VRLA 电池故障基本可以分成容量下降快、无电压、电压低、电池发热发鼓、端子松动和漏酸 6 个中间事件。分别对 6 个中间事件进行逐步分解，最后确定了放电深度过大、过充电、焊接不牢、短路、一致性差、硫酸盐化等 30 个基本事件。由此建立动力型 VRLA 电池的故障树，如图 1 所示。

图1 动力型 VRLA 电池故障树

3 动力型 VRLA 电池故障树分析、主要影响因素与改善措施

在构造故障树的过程中，我们把动力型 VRLA电池发生故障时最不希望出现的故障状态作为分析目标，称之为顶事件。确定顶事件后，找出促使顶事件发生的全部可能直接因素，即所谓的中间事件。然后追踪到导致中间事件发生的状态，即基本事件，直到找到全部的基本事件为止。根据追踪和查找，用相应的符号及逻辑门把相关事件的具体分析结果连接成故障树。应用 FTA 可迅速而准确地找出引起动力型 VRLA 电池故障的主要原因，并采取相应的处理措施。

3.1 容量下降快

导致动力型 VRLA 电池容量下降快的原因很多，归纳起来有：放电深度过大、硫酸盐化、大电流放电、低温等。过度深放电会导致蓄电池正极板活性物质脱落、软化，同时加剧正极板的腐蚀，使电池容量降低，所以当电池放电到保护电压 1.8 V/单格之后，就不能继续使电池放电或利用电池的回升电压继续放电，应该及时为蓄电池充电，避免因亏电存放而造成极板硫酸盐化，容量下降，寿命缩短。大电流放电会导致电池内部正极板活性物质来不及参与化学反应，而加速收缩与膨胀，经常大电流放电会加剧电池内部正极板活性物质的脱落、软化，导致电池容量降低，日常的使用中要尽量避免大电流放电，控制起动电流小于 1.5C3，放电电流小于 0.4C3。蓄电池在低温情况下，活性物质活度降低，-20 ℃ 时，正极板充电接受能力为常温的 70 %，负极板充电受膨胀剂影响，充电接受能力仅为常温的 40 %，因此低温条件下充电主要有充电接受能力差、充电不足的问题，蓄电池充电时应放置在温暖的环境中，有利于保证电池充足电，防止不可逆硫酸盐化，延长蓄电池寿命。

3.2 电压低

导致电压低的影响因素也有很多，如蓄电池放电后未充电、自放电大、充电器不匹配造成电池充电不足等。如果蓄电池长期充电不足，内部未反应的活性物质会产生不可逆的粗大 PbSO4晶体（即不可逆硫酸盐化）使蓄电池容量降低。充电不足和过充电都会严重影响电池的循环使用寿命。

3.3 电池发热鼓涨

电池短路、串格、过充电都是影响电池发热鼓涨的因素。如果充电器的充电参数与电池制造商提供的工艺参数不匹配，充电电流过大、电压过高会导致蓄电池的过度充电，电池整体温度上升。过充电时电池阳极产生的氧气量大于阴极的吸收能力，引起电池内压增大以及活性物质体积过度膨胀。在电池温升、内压增大以及活性物质过度膨胀的三重作用之下，电池易发热鼓胀。过充电又造成气体析出量增加，电池失水量增大，正板栅腐蚀加剧。同时，大量的气体产生对阴阳极板活性物质产生冲击作用，使活性物质软化、脱落，致使蓄电池容量下降，寿命缩短。因此，应该选择配套的充电器，参考使用频率，制定合理充电频次。按绝大多数用户的使用情况，冬天可以随时用随时充电，其它季节以放电深度为 70 %～80 % 时充一次电，使蓄电池寿命达到最佳效果。

4 结束语

故障树分析方法具有简明、直观的特点，是对动力型 VRLA 电池故障分析的有效方法。利用动力型 VRLA 电池故障树能够帮助维护人员迅速地找出蓄电池的故障原因。确定了动力型 VRLA 电池故障的主要因素之后，通过对可能发生故障的各种因素进行分析，并采取相应的改善措施，就可以预防或减少动力型 VRLA 电池故障的发生。

[1] 刘冬伟, 王优强. 抽油杆断脱故障树分析[J]. 石油矿场机械, 2007(9): 91-93.

[2] 丁继斌, 丁士清, 宋延东. 故障树分析在汽车使用与维护中的应用[J]. 机械工程与自动化, 2009(5): 103-104.

[3] 何国伟. 机电产品的可靠性[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1989.

Fault tree analysis of the power VRLA battery

ZHONG Hua, WANG Duyou, LI Jun , HU Guozhu
(Zhejiang Tianeng Battery (Jiangsu) Co., Ltd., Shuyang Jiangsu 223600, China)

In order to better understand the characteristics of power valve-regulated lead-acid batteries, properly use and maintain the batteries, and prolong their service life, we analyzed the fault phenomena of power VRLA batteries by using fault tree analysis method. Through the analysis, the causes of failure of power VRLA batteries were found out quickly and accurately.

power; VRLA battery; fault tree analysis (FTA); capacity; usage and maintenance; active material

TM 912.1

B

1006-0847(2016)03-138-03

2016-03-28