蓄电池寿命的理论分析

铅酸蓄电池的寿命铅酸蓄电池的寿命 因为铅酸蓄电池内的活性物质会产生不利的化学和物理变化 所以蓄电池的寿命是有 限的 一 铅酸蓄电池的三种寿命一 铅酸蓄电池的三种寿命 铅酸蓄电池的寿命有三种 循环寿命 搁置寿命和日历寿命 蓄电池循环寿命 的定义是蓄电池的容量在跌至额定容量的某个百分比之前所完成的总 的完全充放电循环次数 在不同的蓄电池中 这个百分比会不同 蓄电池使用越久 其容量越下降 如果蓄电池滥用 其循环寿命会更加缩短 另一个计算蓄电池循环寿命的方法是测量单体的内阻 这时 循环寿命的定义是蓄电 池在内阻上升到某一点前所完成的总的完全充放电循环次数 上述的两个定义假定蓄电池的每一次循环都是完全的充放电循环 如果蓄电池每次只 是部分放电 那么其循环寿命会延长 所以 在使用铅酸蓄电池时务必要知道额定的 放电深度 即使如此 经常放电至额定的深度也会大大地缩短蓄电池的循环寿命 蓄电池搁置寿命 是指不使用 搁置 的蓄电池容量在跌至额定容量的某个百分比之前 的时间 蓄电池日历寿命 是指新蓄电池使用或者搁置后到无法再使用所经过的时间 由于蓄电 池实际使用的情况大不相同 就是同一型号蓄电池的日历寿命通常也会相差很大 所 以其实际意义不大 二 铅酸蓄电池内的化学变化二 铅酸蓄电池内的化学变化 铅酸蓄电池内的不利化学反应会耗掉活性物质并阻止正常的电化学反应 引起不利化 学变化的原因一般有六种 温度 压力 放电深度 充电程度 充电电压和放电率 温度温度 温度会加剧铅酸蓄电池内的化学反应 蓄电池越热 化学反应会越快 高温可以提高 铅酸蓄电池的性能 但是同时不利的化学反应也会加快 高温会引起腐蚀 析气和活 性物质脱落 也会使电解液钝化 从而缩短蓄电池寿命 铅酸蓄电池的搁置寿命和持 电状态取决于自放电速度 而自放电是由电解槽内的不利化学反应引起的 所以 温 度不但影响蓄电池的循环和搁置寿命 而且影响持电时间 阿亨纽斯方程式表示了温度和化学变化之间的关系 随着温度的升高 化学变化会指 数式地加快 一般而言 温度每上升 10 摄氏度 化学变化会加快一倍 就铅酸蓄电池 的寿命而言 35 摄氏度时的 1 小时等于 25 摄氏度时的 2 小时 温度的升高会提高蓄 电池的性能 同时也会引起不利的化学反应 缩短蓄电池的寿命 从循环寿命上看 高温是铅酸蓄电池的敌人 下图表示铅酸蓄电池的寿命随温度的不同而变化 注意 35 摄氏度时 蓄电池的容量 可以高于额定的容量 但是它们的寿命会缩短 而长久在 15 摄氏度下 蓄电池的寿命 可以延长 铅酸蓄电池的储存温度也很重要 环境温度每升高 10 摄氏度 自放电率会翻倍 铅酸蓄电池的滥用也会导致电解液温度上升 从而使蓄电池夭折 如果蓄电池内产生 热量的速度超过了在环境中散热的速度 蓄电池的寿命会缩短 在此境况下 蓄电池 的温度如果继续上升 形成 热失控 最后导致灾难性的结果 铅酸蓄电池的使用 尤其是滥用 会产生电解槽内的极板硫化 硫化的蓄电池在充电 和放电时都会使内部的温度上升 而温度上升又会加剧硫化 形成恶性循环 硫化是 导致铅酸蓄电池死亡的首要原因 总之 铅酸蓄电池在使用和储存时温度升高会严重影响蓄电池的寿命 压力压力 压力问题一般同密封蓄电池有关 电解槽内的压力增加通常是温度升高的结果 导致 温度和压力升高的因素有几个 过大的充电电流和过高的环境温度会引起电解槽内温 度上升和活性物质的膨胀 这样 电解槽内的压力会上升 充电过头也会引起温度上 升 但是更严重的是会产生气体 导致更大的内部压力 不幸的是 压力增大会加剧高温的影响 加速形成热失控 压力过大也会引起电解槽 内的机械性损坏 例如 短路 断路 变形和电解槽壳体碎裂 所有这些情况都会缩 短铅酸蓄电池的寿命 密封蓄电池的调节阀门会在一定程度上调节内部过高的压力 放电深度放电深度 在一定的温度和放电率下 每次充放电循环时活性物质转换的量同放电深度成比例 如下图所示 铅酸蓄电池循环寿命和放电深度存在相反的关系 换句话说 放电深度 越浅 蓄电池的循环次数就会上升 要延长铅酸蓄电池的循环寿命 放电不能过深 一般而言 开口的浸渍式 有液的 深放电蓄电池的放电深度绝对不能超过额定容量的 80 但是最好是在 60 左右 现 场实际测试表明 如果放电深度平均不到 80 那么蓄电池的实际总运作时间会大大 延长 阀控式深放电蓄电池的放电深度一般不宜超过 50 充电程度充电程度 铅酸蓄电池充电时过充或者欠充都会缩短其循环寿命 过充会引起温度升高 导致腐 蚀 析气和活性物质脱落 欠充会引起极板硫化 从而引起充电时温度升高 先进的高频充电机可以保证蓄电池不被过充或者欠充 从而大大地延长蓄电池的寿命 充电电压充电电压 充电的电压超过规定的电压上限 临界电压 会产生不可逆转的不利化学变化 损坏 电解槽 缩短蓄电池循环寿命 充电电压过高会引起蓄电池内的温度和压力上升 可 能引起蓄电池的爆炸 放电率放电率 过大电流放电会引起蓄电池内的温度和压力升高 如前所述 过高的温度和压力都是 蓄电池的敌人 然而 这并不等于说 放电电流越小越好 这是因为在确定的放电终 止电压下 较小的放电电流会放出更多的容量 实际放电更深 而蓄电池放电深度越 深 其循环次数就会下降 三 蓄电池的滥用三 蓄电池的滥用 铅酸蓄电池夭折的主要原因是滥用 而滥用会大大加速蓄电池内的不利化学变化 除 了物理性的损坏之外 下面的例子都属于滥用 放电电流超过蓄电池的设计 蓄电池超载使用 蓄电池在超高温和超低温下使用和存放 使用不恰当的充电机 充电过头 充电电压过高 电流过大 时间过长 充电不足 放电过深 在浸渍式蓄电池中 电解液低于下限 在浸渍式蓄电池中 用自来水 而不是蒸馏水 补水 在浸渍式蓄电池中 补水过头 特别是使电解液溢出 蓄电池过渡地受震动和冲击 蓄电池长期搁置不使用 也不充电 四 延长铅酸蓄电池的寿命四 延长铅酸蓄电池的寿命 延长铅酸蓄电池寿命的方法有两种 不滥用蓄电池 用科学的再生方法改变已经产生的不利化学变化并防止其产生 铅酸蓄电池最主要的不利化学变化是硫化 如果积聚在极板上的硫酸铅不被除去 电 解槽内不久就会发生机械性的损坏 例如 短路 断路 变形等 铅酸蓄电池一旦发 生机械性的损坏就无法再生 蓄电池再生是指用科学的 无损的设备和工艺除去硫化 恢复蓄电池的容量和性能 延长其寿命 科学的再生方法不但能够除去硫化 而且还能防止其产生 为了获得最大的经济效益 铅酸蓄电池越早进行再生处理越好 不滥用铅酸蓄电池不等于不再会产生不利的化学和物理变化 只是变化能够延缓 只 有加上科学的再生处理 才能使蓄电池获得最大的功效和最长的寿命 池容量 池容量 AhAh 的含义是什么 的含义是什么 蓄电池的额定容量 C 单位安时 Ah 它是放电电流安 A 和放电时间小时 h 的乘积 由于对同一个电池采 用不同的放电参数所得出的 Ah 是不同的 为了便于对电池容量进行描述 测量和比较 必须事先设定统一的条件 实践中 电池容量被定义为 用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量 也可以说电池容量是 用设定 的电流把电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积 为了设定统一的条件 首先根据电池构造特征和用途的差异 设定了若干个放电时率 最常见的有 20 小时 10 小 时时率 电动车专用电池为 2 小时率 写做 C20 C10 和 C2 其中 C 代表电池容量 后面跟随的数字表示该类电池 以某种强度的电流放电到设定电压的小时数 于是 用容量除小时数即得出额定放电电流 也就是说 容量相同而 放电时率不同的电池 它们的标称放电电流却相差甚远 比如 一个电动自行车用的电池容量 10Ah 放电时率为 2 小时 写做 10Ah2 它的额定放电电流为 10 Ah 2 h 5A 而一个汽车启动用的电池容量为 54Ah 放电时率 为 20 小时 写做 54Ah20 它的额定放电电流仅为 54 Ah 20 h 2 7A 换一个角度讲 这两种电池如果分别 用 5A 和 2 7A 的电流放电 则应该分别能持续 2 小时和 20 小时才下降到设定的电压 上述所谓设定的电压是指终止电压 单位 V 终止电压可以简单的理解为 放电时电池电压下降到不至于造成损 坏的最低限度值 终止电压值不是固定不变的 它随着放电电流的增大而降低 同一个蓄电池放电电流越大 终止 电压可以越低 反之应该越高 也就是说 大电流放电时容许蓄电池电压下降到较低的值 而小电流放电就不行 否则会造成损害 电池在工作中的电流强度还常常使用倍率来表示 写做 NCh N 是一个倍数 C 代表容量的安时数 h 表示放电时 率规定的小时数 在这里 h 的数值仅作为提示相关电池是属于那种放电时率 所以在具体描述某个时率的电池时 倍率常常写成 NC 的形式而不写下标 倍数 N 乘以容量 C 就等于电流 A 比如 20Ah 电池采用 0 5C 倍率放电 0 5 20 10A 换一个角度举例 某汽车启动蓄电池容量 54Ah 测得输出电流为 5 4A 那么它此时的放电倍率 N 为 5 4 54 0 1C 下图是某 20 小时率的电池产品在不同放电倍率下的终止电压和放电时间的关系 这些数值对通 常的