温度对阀控式铅酸蓄电池影响

来源:用户上传      作者: 高天美　刘丽静

　　【摘要】高温对蓄电池失水干涸、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用，低温会引起负极失效，温度波动会加速枝晶短路等等，这些都将影响电池寿命。因此对蓄电池室的温度控制和对蓄电池的维护保养是保持其提供可靠备用电源的重要措施。
　　【关键词】蓄电池；电解液
　　【中图分类号】G【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)04-0239-01
　　
　　泵站直流系统装设了WCK-2/C微机直流监控和WXJ-10系列微机蓄电池巡检装置，采用阀控式铅酸蓄电池作为备用电源，由于其在潮白河泵站负责整个微机系统和监控系统的备用电源，所以保证它的正常工作是非常必要的。就此讨论温度对蓄电池容量、寿命的影响有利于我们更好的维护并保障其供电可靠性。同容量系列阀控式铅酸蓄电池，以相同放电速率，在一定环境温度范围放电时，使用容量随温度升高而增加，随温度降低而减小。在环境温度10～45℃范围内，铅蓄电池容量随温度升高而增加，阀控铅蓄电池在40℃下放电电量，比在25℃下放电的电量大10%左右，但是，超过一定温度范围，则相反，在环境温度45～50℃条件下放电，则电池容量明显减小。低温（<5℃）时，电池容量随温度降低而减小，电解液温度降低时，其粘度增大，离子运动受到较大阻力，扩散能力降低；在低温下电解液的电阻也增大，电化学的反应阻力增加，结果导致蓄电池容量下降。其次低温还会导致负极活性物质利用率下降，影响蓄电池容量，如电池在-10℃环境温度环境温度下放电时，负极板容量仅达35%额定容量。所以保持蓄电池屏的温度能更高效率的利用蓄电池。
　　温度不仅影响电池的容量，而且影响电池的寿命。在特定条件下，阀控式铅酸蓄电池的有效寿命期限称为蓄电池的使用寿命。阀控式密封蓄电池内部电解液干涸或发生内部短路、损坏而不能使用，以及容量达不到额定要求时蓄电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。阀控式蓄电池的使用寿命包括使用期限和循环寿命。使用期限是指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存放时间。循环寿命是指蓄电池可供重复使用的次数。在环境温度25±5℃下，阀控式铅酸蓄电池的100%DOD循环寿命可达300次～500次，浮充使用寿命可长达15年～20年。阀控式铅酸蓄电池终止规律与传统蓄电池一样，即循环使用时，其寿命主要依赖于充放电深度，浮充使用蓄电池的寿命主要依赖于浮充电压和温度。阀控式蓄电池与传统富液式铅蓄电池的失效模式不同。由于阀控式铅蓄电池是紧装配，正极活性物质不易脱落，电解液分层现象大为减轻。正常情况下，阀控式密封铅酸蓄电池寿命终止的主要原因有：电解液干涸，电解液作为参加化学反应的物质，在阀控式密封铅酸蓄电池中是容量的主要控制因素。电解液干涸将造成电池失效。热失控可使蓄电池外壳鼓胀，装配压力减小，水份散失。造成电池容量减少，最终导致电池失效。电池容量逐渐下降，活性物质晶型改变，表面积收缩，活性物质膨胀、脱落、骨架或基板腐蚀等是引起其容量衰退的因素。由于隔膜物质的降解老化而穿孔，活性物质的脱落、膨胀使两极连接，或充电过程中生成枝晶穿透隔膜等引起的内部短路。
　　就温度对阀控式铅蓄电池实效因素的影响进行分析。从阀控式铅蓄电池中排出氢气、氧气、水蒸汽、酸雾，都是电池失水的方式和干涸的原因。干涸造成电池失效这一因素是阀控式铅蓄电池所特有的。阀控式铅酸蓄电池应避免长期高温条件下使用，长期高温环境下使用时，应采取降温措施，以延长电池寿命。大多数电池体系都存在发热问题，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；相对散热面积小所以阀控式铅蓄电池中发热问题可能性就更大。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，大容量电池散热不佳，从而产生过热，电池内阻下降，充电电流又进一步升高；反过来电流的升高又使电池内部温度再升高，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、胀裂。由于早期容量衰减PCL现象的出现，使阀控式铅酸蓄电池寿命缩短，可靠性变差。引起PCL的主要原因有突然容量损失、缓慢的容量损失和负极无法再充电三种模式。第一种的主要原因是板栅形成阻挡层，通过对腐蚀层性质的研究，改进了电池的制造工艺，在很大程度上解决了此问题；第二种是正极板以较低的速度损失容量，其原因不是通常所见的板栅腐蚀硫酸盐化或活性物质脱落等，而是由于多孔活性物质膨胀引志颗粒之间互相隔绝而造成的；第三种主要是由于负极充电困难，再充电不足，从而导致负极板底部1/3处硫酸盐化而造成的。随着阀控式密封铅酸蓄电池技术研究的不断深入，PCL问题在一定程度上得到缓解。温度对PCL有一定的影响，但其影响程度不大，但高温时会使电池中添加剂氧化失效，引起活性物质的表面积减少，使电池容量下降加速，正极板栅腐蚀和变形，储存温度越高、放电深度越大，板栅腐蚀越剧烈；储存时间愈长腐蚀层越厚。伴随着板栅腐蚀而产生板栅变形，其结果使板栅抗张强度变小。当腐蚀产物变得很厚或板栅元件变得相当薄时，还可增加电池短路故障。伴随着板栅腐蚀而使正极周围耗水量增加，致使电池失水加速，使电池容量下降。在高电流密度下放电时，有大量的离子要以很短的时间进入电解液，而形成晶核需要一些时间，这样在电极表面的呈现过大的饱和度，与正常放电电流密度相比就能够形成数量多耐尺寸小的晶核，使得电极表面的变成孔隙小的致密层，类似于部分放电量消耗于这种硫酸铅盐层上，低温度促使负极铅钝化。在高电流密度，低温度及硫酸浓度高时，使负极表面溶液饱和度过高，钝化层随之变厚。所以很易造成电池因放不出电而失效。深放电之后的电池，其吸附式隔板中易出现铅绒或弥散型沉淀，导致下负极板微短路，称为枝晶短路。枝晶短路是阀控式密封铅酸蓄电池寿命缩短，即电池早期失效的主要原因之一。

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