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1 VRLA蓄電池容量過(guò)早損失的失效模式

VRLA蓄電池(Valve Regulated Lead Acid,簡(jiǎn)稱(chēng)VRLA電池)早期失效指的是一些VRLA蓄電池組在使用過(guò)程中,其容量?jī)H在數(shù)個(gè)月或1年就低于額定值的80%;或整組VRLA蓄電池雖然普遍很好,但其中個(gè)別VRLA蓄電池的性能急劇變差。由于在VRLA蓄電池極板設(shè)計(jì)中,采用了低銻或無(wú)銻的板柵合金,使其早期容量損失容易在以下條件下發(fā)生:　①不適宜的循環(huán)條件,諸如連續(xù)高速率放電、深放電、充電開(kāi)始時(shí)低電流密度;②缺乏特殊添加劑,如Sb、Sn、H3PO4;③低速率放電時(shí),高的活性物質(zhì)利用率、電解液過(guò)剩,極板過(guò)薄等;④活性物質(zhì)視密度過(guò)低,裝配壓力過(guò)低等。

對(duì)于使用不到6個(gè)月循環(huán)壽命就提前終止的VRLA蓄電池,經(jīng)解析發(fā)現(xiàn)80%以上的VRLA蓄電池的單元開(kāi)路電壓(OCV)、內(nèi)部電阻(IR)均正常,用電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP)分析電解液中各種金屬含量均正常,因此判斷VRLA蓄電池本身沒(méi)有制造缺陷。在對(duì)VRLA蓄電池進(jìn)行單元放電,發(fā)現(xiàn)VRLA蓄電池的容量低是由正極板的容量低下所決定的。經(jīng)過(guò)解析發(fā)現(xiàn)毫無(wú)例外地存在著正極板活性物質(zhì)軟化現(xiàn)象,其中程度嚴(yán)重的正極板活性物質(zhì)已經(jīng)大面積脫落。對(duì)容量衰減的VRLA蓄電池的正極板和制造初期品的正極板進(jìn)行了X射線分析,發(fā)現(xiàn)和制造初期品相比,不良VRLA蓄電池的正極板中β-PbO2比例明顯增多。

根據(jù)上述結(jié)果,分析這些VRLA蓄電池是由于長(zhǎng)期過(guò)充電造成其循環(huán)壽命提前終止的,其機(jī)理是正極活性物質(zhì)中的α-PbO2和β-PbO2的相對(duì)含量隨放電循環(huán)而變化,即放電時(shí)α-PbO2逐漸轉(zhuǎn)化為PbSO4,PbSO4充電時(shí)轉(zhuǎn)化為β-PbO2,隨著循環(huán),β-PbO2比例增加,如果過(guò)充電,β-PbO2比例便會(huì)快速增加,由于β-PbO2的硬度較低,所以β-PbO2增加會(huì)引起活性物質(zhì)之間的結(jié)合逐漸減弱,正極活性物質(zhì)在充電過(guò)程中析出O2的沖擊下,密度下降,最后軟化脫落,導(dǎo)致VRLA蓄電池的壽命提前終止。解析VRLA蓄電池時(shí),發(fā)現(xiàn)正極板活性物質(zhì)軟化。在做X射線分析時(shí),發(fā)現(xiàn)正極板中β-PbO2比例增多,都驗(yàn)證了上述推斷的正確性。

VRLA蓄電池組中,若有個(gè)別VRLA蓄電池落后,那么在恒電流充電時(shí),一是電壓會(huì)迅速升高,即在整組VRLA蓄電池尚未充足電時(shí),落后VRLA蓄電池已處于過(guò)充電狀態(tài),落后VRLA蓄電池的溫度升高導(dǎo)致失水速度加大,并導(dǎo)致整組VRLA蓄電池充電電壓升高;二是會(huì)引起整組VRLA蓄電池充電電流下降,延長(zhǎng)充電時(shí)間。

若個(gè)別VRLA蓄電池出現(xiàn)內(nèi)部短路時(shí),其充電電壓就低于其他VRLA蓄電池,當(dāng)整組VRLA蓄電池已充足電時(shí),該落后的VRLA蓄電池卻尚未充好。長(zhǎng)此下去就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán),影響整組VRLA蓄電池的性能。

在多組并聯(lián)使用的VRLA蓄電池中,若有一組VRLA蓄電池失效,則在充電時(shí)會(huì)出現(xiàn)各組VRLA蓄電池充電電流不勻(即偏流)現(xiàn)象。若發(fā)展下去,會(huì)導(dǎo)致正常的VRLA蓄電池組提前失效。