铅酸蓄电池使用及维护保养

电池使用及维护保养

电池使用

由于电池价格较高，同时又是消耗品，所以，用户非常关心电池的使用寿命。

电池寿命与多种因素有关，也有多种表示方法。比较专业的以充足一一放比如12V电 池端电压降到10. 5V)——充足一一放光…，直到电池容量降到额定值的70%左右时的循 环次数，一般电池约为300〜500次。电动车销售商和用户，习惯用标准条件下行驶里程不 小于某值的使用时间表示。

电池的寿命除产品自身质量外，主要与使用、维护等有关。其中与充、放电情况关系极 大，连续大电流放电，频繁深度放电，大电流充电，都会明显影响寿命。还有，普通蓄电池 在震动环境中使用，没有防震措施，也会影响使用寿命。有针对性的及时养护可延长寿命。 影响电池寿命的因素简述如下：

1 .极板的厚度 极板的厚度属于电池设计方面的问题，一般来说，较厚极板的循环寿 命要长于较薄极板，而活性物质利用率相比之下要差一些。因为，在一定的电流密度下，活 性物质从表面到内部的反应深度即渗透深度是一个常数，如果极板设计过薄，在二氧化铅与 硫酸铅的转化过程中，活性物质会很快变的疏松，使循环寿命降低。而若极板设计较厚，极 板的厚度大于两倍的极板渗透深度，中间的活性物质不参与二氧化铅与硫酸铅之间的转化并 一直充当电流导体的作用，这样有利于循环寿命的延长。当然，选择最佳的极板厚度能够使 电池达到比能量与循环寿命的最佳平衡。

2 隔板 隔板厚度，孔径和孔结构影响了氧气的扩散路径。这样势必影响小型密封铅 酸蓄电池在充放电过程中产生的氧气在负极板的再复合效率，从而使小型密封铅酸蓄电池失 水不可避免。由于水的损失对蓄电池造成以下后果：

( 1〕水的损失使电池中的隔板提前产生干涸现象，增加了小型密封铅酸蓄电池的内阻， 使电池在放电过程中电池的内压降增大，从而减少了电池的放电容量。

( 2)水的损失使电池的电解液浓度升高，从而加快了电池正极板栅的腐蚀速度及电池 的自放电速度而影响了电池的放电容量。

隔板厚度的不均性造成电池中酸分布的不均匀，而酸分布的不均匀也能导致铅枝晶在隔 板中的生长而造成电池短路，并且酸液分布不均匀由于铅溶解和沉淀所造成的内部短路较普 遍。

隔板的抗拉强度，孔径大小和孔结构的曲折程度也反应了隔板的防铅枝晶的穿透能力； 隔板的抗拉强度的好坏也决定了电池的循环寿命。

隔板的耐酸性，回弹性和可压缩性直接影响了电池极板与隔板的紧贴效果；耐酸性差的 隔板将因为酸的腐蚀，影响隔板与电池极板的紧贴效果，影响极板在充放电时所需电解液的 传输，增大电池内阻，从而影响了放电容量，影响了循环寿命。因此，优质的隔板是防止电 池寿命提前终结的重要因素。

综上所述，电池的极板厚度和隔板质量是影响其使用寿命的重要因素，除外观质量外， 一般消费者不能准确评估电池寿命，但相同容量的电池，质量（重量）大的，极板材料要厚 一些，品牌电池技术和管理以及选材方面相对要可靠。

另外，电动车使用的贫液式阀控密封铅蓄电池，用较大或中等电流放电时，放电容量会 受到活性物质中添加的导电剂、活性物质的孔率、电解液的密度以及板栅结构等因素的影响； 然而用小电流进行深度放电时电池活性物质（Pb和Pb02是其主要成分）利用率只有35%〜 40%，电解液中的硫酸利用率要高很多，加酸量成为影响电池过放电量的关键因素。

影响电池寿命的使用因素主要有放电、充电和环境温度。

放电过程中，影响电池寿命的因素有两个——放电深度和放电电流大小。

1. 深度放电，在正极板软化机理中我们已经讨论过，小型密闭式阀控铅酸蓄电池对过放 电非常敏感，偶尔一两次过放电，用适当的方法充电，还能够使其回复到初期（未过放电前） 之容量，且一旦过放电超过3次后，通常容量会降低且寿命缩短，不可能再恢复到正常的容 量。而造成过放电的原因是电池长时间的处于放电状态。

表1是放电深度和寿命的关系

表1放电深度和寿命的关系

放电深度 100% 50% 20%

循环次数 350 1000 2800

单次放电时间（小时） 2 1 0.4

累计放电时间（小时） 700 1000 1120

可以看出，理想条件下，蓄电池放电深度对循环寿命影响很大，基本呈指数变化。放电 深度越浅，电池使用寿命越长，放电深度越深，膨胀收缩量越大，对活性物结合力破坏越大， 电池循环寿命越短。

2. 放电电流 如前所述，小电流放电很少消耗正极板起骨架作用的a-Pb02,如果大电 流放电，因参加反应的佚Pb02不足，使a-Pb02参加放电反应，因此造成一部分a-Pb02向佚Pb02 的转化，正极板提前软化，缩短电池使用寿命，电动摩托车电池失效，很多就是因用户经常 高速行驶或启动过猛，使电池大电流放电，造成正极板软化所致。

3. 充电电流 充电电流应小于或等于蓄电池可接收充电电流。否则，过剩的电流会使 产生的气体超过电池吸收速率，这将使内压上升，气体从安全塞中排出，最终电解液被大量 消耗，造成电池失水，对于免维护电池，会造成蓄电池的早期失效。对开口电池严重的析气 会损害蓄电池：

(1)大量气体的产生对极板活性物有冲刷作用，使活性物质容易松软和脱落。

(2)电流加大，极化电压升高，在较高的极化电压下，正极板的板栅被腐蚀，生成二 氧化铅，这种腐蚀物与电化学生存的二氧化铅完全不同，是一种不可逆的氧化物，导电较差， 它使板栅变形，脆裂，失去骨架和导电作用。

过充电的后果和大电流充电的结果类似，电池充电后期，充电电压高，造成电池失水甚 至出现热失效，因此在充电时应防止过充电。

长期充电不足，未反应的活性物质会产生不可逆的大颗粒硫酸铅晶粒，使蓄电池容量下 降，内阻加大，充电难度加大，造成蓄电池早期损坏。因此，蓄电池要尽量保证充足电，防 止不可逆硫酸盐化。

4. 充电模式 阀控铅酸蓄电池需要精确的充电制度才能达到其最优的性能和寿命，充 电模式是决定电池使用寿命的关键。对有的电池来说，与其说是用坏的，还不如说它是被充 坏的。恒压限流充电模式下，循环使用的电池，正极板正常，而负极板有部分表面覆盖了白 色的硫酸铅，这是因为此方法充电时，到充电后期充电电流很小，而这一电流消耗于氧气在 负极板的再复合，从而使得电池负极板在循环过程中长期处于欠充状态以致发生负极板硫酸 盐化；而三段式充电模式克服了前一种充电模式的不足，电池循环寿命的终结为正极板发生 软化，电池寿命的终结属于循环的正常终结现象。

根据电池放电深度和使用寿命的关系，理论上讲蓄电池使用时应尽量避免深放电，做到 浅放勤充。但是实际使用中，蓄电池充电过程受充电器性能和蓄电池本身的离散性及充电习 惯及充电速度影响，有的充电器的电压比较高，充电多数在夜间进行，时间一般在6〜10 小时，平均8小时左右，若是浅放电，其充电很快就会到达末期，这时充电效率变低，产生 过充电。过充电时间比较长，加上频繁充电，就会使蓄电池寿命因充电受到较大影响。

有人曾经对电动自行车电池的使用状况进行过调查，结果如下：

实际电池的平均放电深度为50％左右，正常使用的寿命应该在1年以上。

放电深度浅的电池(18％)使用寿命仅仅6个月。而放电深度深的电池(78％)却使用了20 个月。

消费者都是每天充电，一般是利用晚上时间充电，每次充电时间在10小时以上。

由于消费者使用的充电器是相同的，而且都是每天充电，所以除了电池本身质量的影响 外，推测电池的放电深度的不同可能也是造成使用寿命的差异的原因之一。

对于上述使用不到6个月循环寿命就终止的电池，进行详细的解析，发现80％以上的电 池的单元开路电压、内部电阻均正常，电解液中各种金属含量均正常，因此判断电池本身没 有制造缺陷，以下是针对这种没有发现制造缺陷的电池的分析结果。 对电池进行单元放电，发现电池的容量低是由正极板的容量降低造成的，经过解剖发现 毫无例外地存在着正极板活性物质软化的现象，其中程度严重的正极板活性物质已经大面积 脱落。对容量衰减电池的正极板和新品的正极板进行X射线分析，发现和新品相比，不良 电池的正极板中B -PbO2比例明显增多。

根据上述结果，分析这些电池是由于长期过充电造成的电池循环寿命提前终止的，其机 理如下：

正极活性物质中的a -PbO2和B -PbO2的相对含量随放电循环而变化，即放电时a-PbO2 逐渐转化为PbSO4, PbSO4充电时转化为B-PbO2，随着循环，8卫602比例增加，如果过充 电，B-PbO2便会快速增加，使活性物质之间的结合逐渐减弱，正极活性物质在充电过程中 析出的O2的冲击下，密度下降，最后软化脱落，导致寿命提前终止。解剖电池时发现正极 板活性物质软化以及X射线分析发现正极板中B-PbO2比例增多都验证了上述推断的正确 性。

最理想的充电要求根据实际情况而定，要参考平时运行频率、里程情况、蓄电池厂提供 的说明，以及配套的充电器性能等参数制定充电频次。按绝大多数用户的情况，蓄电池以放 电深度为50%〜70%时充一次电最佳，这样可使蓄电池寿命达到最佳效果。实际使用时可折 算成骑行里程，在需要时充一次。

5. 环境温度之影响 若环境温度过高将加速电池各部份劣化，若以定电压充电，在高 温下以非必要的大电流充电，结果将导致电池寿命缩短。但若于低温充电会有氢气产生，氢 气产生使得内部压力增大或电解液减少，终至缩短寿命。

低温环境下，蓄电池的活性物质活度降低，在电极上的溶解变得困难，充电时消耗后很 难得到补充，所以充电电流大幅度下降，正极板在-20℃时充电接受电流仅为常温的70%， 而负极低温充电接受能力更低，-20℃时充电接受电流仅为常温下的40%。因此，低温条件 下充电主要存在充电接受能力差、充电不足的问题，要求提高充电电压和延长充电时间。改 善低温性能主要应从负极着手。低温使用时应采取保温防冻措施，特别是充电时应放在温暖 的环境中，有利于保证充足电，防止不可逆硫酸的产生，延长蓄电池的使用寿命。

蓄电池在高温季节运行，主要存在过充电的问题，温度高时各活性物质的活度增加，正 极析氧电位下降，负极析氧电位也下降（负值下降），因此，充电时充电反应速度快，充电电 流大，充电时需要的充电电压较低，同时应尽量降低蓄电池温度，保证良好散热，防止在烈

日暴晒后即充电，并应远离热源。

开口蓄电池的检查

1．外部检查

（1）检查蓄电池封接有无开裂和损坏，极柱有无破损，壳体有无泄露，否则应修理或

者更换。另外蓄电池表面脏污将引起漏电，应使蓄电池表面保持清洁、干燥。

（2）疏通加液孔盖的通气孔。

（3）极柱、导线、盖子：必须经常检查蓄电池极柱接合处、与导线的连接处的腐蚀情 况，同时检查盖子是否变形、是否有发热现象。

（4）硫酸气臭味：可能因环境温度过高、过充电、充电电流过大、电池短路、接地故 障或上述事项的组合所造成的，其后果是增加接触电阻；在高率放电时增加接头发热及加大 电压压降应更换电池组，检查导致热失控的项目

2．检测蓄电池电解液液面高度

（1）用玻璃管测量工具：内径为3〜5mm的玻璃管。液面高度标准值为10〜15mm。

（2）观察液面高度指示线法。正常液面高度应介于两线之间，液面过低时，应补充蒸 馏水或专用补充液。

3. 检测蓄电池电解液密度

电解液密度的大小，是判断蓄电池容量的重要标志。

测量蓄电池电解液密度时，蓄电池应处于稳定状态。蓄电池充、放电或加注蒸馏水后， 应静置半小时后再测量。

通过对各个单格电池电解液密度的测量，可以确定蓄电池是否失效。如果单格电池之间 的密度相差0.05g/cm3,则该电池失效。

用吸式密度计测量电解液密度，其测量方法如图4-18所示。测得的密度值应用标准温度 （+25℃）予以校正（同时测量电解液温度）。不同温度条件下电解液密度修正值见表2