铅酸蓄电池失效机理及检测
对铅酸蓄电池进行原理及失效原因分析
对铅酸蓄电池进行原理及失效原因分析铅酸蓄电池已发明有一百多年了，铅酸蓄电池主要壳体、正负极板、隔板，电解液在电场作用下将电能转变为化学电能贮存，又将化学电能转为直流电能，并可反复进行数次充放电循环的一种装置。
普通铅酸蓄电池设计寿命为2-3年，而往往实际使用只一年我时间或更短时间，免维护铅酸蓄电池设计寿命为7-15年，有的制造出来由于贮存时间过长，未经使用就已失效报废，远远短于预期使用寿命，导致能源的浪费及应用的经济效益。
铅酸蓄电池原理一、铅酸蓄电池电动势的产生：1、铅酸蓄电池充电后，正极板是二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质——氢氧化铅（Pb（OH）2、氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb）留在正极板上，故正极板上缺少电子。
2、铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO2）发生反应，变成铅离子（Pb+2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。
可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。
二、铅酸蓄电池放电过程的电化反应：1、铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I，同时在电池内部进行化学反应；2、负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）；3、正极板的铅离子（Pb+4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。
正极板水解出的氧离子（O2）与电解液中的氢离子（H+）反应，生成稳定物质水；4、电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电；5、放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO2）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低；6、化学反应式为：①正极活性物质、电解液、负极活性物质、正极生成物、电解液生成物、负极生成物↓↓↓↓↓↓；②PbO2 + H2SO4 + Pb →PbSO4 + 2H2O + PbSO4 氧化铅、稀硫酸、铅、硫酸铅、水硫酸铅。
铅酸电池损坏的四大原因
铅酸电池损坏的四大原因①失水②硫化③失衡④热失控（充鼓）前两者①、②占了目前市场上电池损坏的97%。
（1）分析①：铅酸电池失水的主要原因铅酸电池中的电解液像人体中的血液一样宝贵，电解液一旦丧失，就意味着电池报废了。
电解液是由稀硫酸和水组成的。
充电过程中，难以避免失水，充电模式不一样，失水也不一样。
普通三段式充电模式，充电过程中的失水量是智能脉冲模式的二倍以上！电池除了自然寿命外还有一个失水寿命：单只电池失水超过90克，电池就报废了。
在常温下（25℃），普通充电器的失水量约为0.25克，而智能式充电脉冲为0.12克。
在高温下（35℃），普通充电器的失水量为0.5克，而智能充电脉冲为0.23克。
按此计算，普通充电器在250次循环后水分充干，而新式三段脉冲在600次循环后水分才会充干。
因此，智能脉冲能延长电池一倍以上的寿命。
铅酸蓄电池在充电过程中的最大问题是析气。
根据美国科学家(J.A.Mas) 对铅酸电池充电过程中析气原因和规律的研究，为达到最低析气率，铅酸电池能够接受充电电流如下：临界析气曲线的公式为：I=I0e-at %h^2在充电过程中，充电电流超过临界析气曲线的部分，只能导致蓄电池电解水反应而产生气体和升温，不能提高电池的容量①恒流充电阶段，充电电流保持恒定，充入电量快速增加，电压上升；②恒压充电阶段，充电电压保持恒定，充入电量继续增加，充电电流下降；③蓄电池充满，电流下降到低于浮充转换电流，充电电压降低到浮充电压；④浮充充电阶段，充电电压保持为浮充电压；普通三阶段充电第一阶段为恒流充电，这主要是考虑到电路的设计比较方便，并非为使蓄电池性能最佳而设计。
按照铅酸蓄电池充电析气过程，普通三阶段充电过程的析气情况是：恒流充电段后期和恒压充电前期，电流超过临界析气范围，造成蓄电池析气，引起寿命下降。
超过临界析气范围的电流仅使蓄电池产生气体和温升，未转化为电池电量，充电效率也因此降低。
解决①：脉冲解决失水的方案智能式脉冲恒动率阶段的时间，比普通充电器恒流+恒压阶段要缩短了近一个小时，而这一个小时的高压段充电是水分散发的关键时刻。
铅酸蓄电池电池失效的主要原因和分析
铅酸蓄电池电池失效的主要原因和分析铅酸蓄电池失效可能有多种原因造成的，例如硫化、失水、热失控、活性物质脱落、极板软化等等，接下来将一一为大家介绍和分析。
1.硫化铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程，放电时，生成硫酸铅，充电时硫酸铅还原为氧化铅。
这个电化学反应过程正常情况下是循环可逆的，但硫酸铅是一种容易结晶的盐化物，当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时，就会"抱成"团，结成小晶体，这些小晶体再吸引周围的硫酸铅，就象滚雪球一样形成大的惰性结晶，这就破坏了原本可逆的循环，导致硫酸铅部分不可逆。
结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅，还会吸附在栅板上，造成了栅板工作面积下降，铅酸蓄电池发热失水，铅酸蓄电池容量下降，这一现象叫硫化，也就是常说的老化。
硫化还会导致短路、活性物质松弛脱落、栅板变形断裂等"并发症"。
只要是铅酸蓄电池，在使用的过程中都会硫化，但其它领域的铅酸电蓄池却比电动自行车上使用的铅酸蓄电池有着更长的寿命，这是因为电动车的铅酸蓄电池有着一个更容易硫化的工作环境。
与汽车用启动电池不同，汽车电池点火放电后，电池始终处于浮充状态，放电形成的硫酸铅很快又被转化为氧化铅，而电动车放电时，不可能同时进行充电，这就造成硫酸铅大量堆集，如果深放电，这时硫酸铅浓度更高，而且电动车骑行后很难有条件及时充电，放电形成的硫酸铅不能及时充电转化为氧化铅，就会形成结晶。
所以，循环寿命，根据放电深度不同而差别很大，放电深度越深，循环次数越少，放电深度越浅，循环次数越多，根据试验结果放电深渡与循环次数联系如下表：放电深度70%50%20%10%循环寿命500次1000次2800次7000次一些铅酸蓄电池在做70%的1C充电和60%的2C放电中，由于采用连续大电流循环，破坏了电池生成大硫酸铅结晶的条件，所以可能看不到铅酸蓄电池硫化对电池的破坏。
如果试验中途停顿，铅酸蓄电池硫化的问题就会显现。
铅酸蓄电池的失效模式
铅酸蓄电池的失效模式（朱松然）(2012-07-15 12:23:21)转载▼标签：分类：电池失效铅酸蓄电池在使用初期，随着使用时间的增加，其放电容量也增加，逐渐达到最大值；然后，随着放电次数的增加，放电容量减少。
电池在达到规定的使用期限时，对容量有一定的要求。
牵引电池的容量不得低于80％；对于启动电池，应不低于70％。
电动助力车电池标准规定也为70％。
一、铅酸蓄电池的失效模式由于极板的种类、制造条件、使用方法有差异，最终导致蓄电池失效的原因各异。
归纳起来，铅酸蓄电池的失效有下述几种情况：1、正极板的腐蚀变型目前生产上使用的合金有3类：传统的铅锑合金，锑的含量在4％～7％质量分数；低锑或超低锑合金，锑的含量在2％质量分数或者低于1％质量分数，含有锡、铜、镉、硫等变型晶剂；铅钙系列，实际为铅—钙－锡－铝四元合金，钙的含量在0.06%～0.1%质量分数。
上述合金铸成的正极板栅，在蓄电池充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效；或者由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，使板栅长大变形，这种变形超过4％时将使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落，或在汇流排处短路。
2、正极板活性物质脱落、软化除板栅长大引起活性物质脱落之外，随着充放电反复进行，二氧化铅颗粒之间的结合也松弛，软化，从板栅上脱落下来。
板栅的制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素，都对正极板活性物质的软化、脱落有影响。
3、不可逆硫酸盐化蓄电池过放电并且长期在放电状态下贮存时，其负极将形成一种粗大的、难以接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。
轻微的不可逆硫酸盐化，尚可用一些方法使它恢复，严重时，则电极失效，充不进电。
4、容量过早的损失当低锑或铅钙为板栅合金时，在蓄电池使用初期（大约20个循环）出现容量突然下降的现象，使电池失效。
5、锑在活性物质上的严重积累正极板栅上的锑随着循环，部分地转移到负极板活性物质的表面上，由于H+在锑上还原比在铅上还原的超电势约低200mV，于是在锑积累时充电电压降低，大部分电流均用于水分解，电池不能正常充电因而失效。
对铅酸蓄电池进行原理及失效原因分析
对铅酸蓄电池进行原理及失效原因分析铅酸蓄电池已发明有一百多年了，铅酸蓄电池主要壳体、正负极板、隔板，电解液在电场作用下将电能转变为化学电能贮存，又将化学电能转为直流电能，并可反复进行数次充放电循环的一种装置。
普通铅酸蓄电池设计寿命为2-3年，而往往实际使用只一年我时间或更短时间，免维护铅酸蓄电池设计寿命为7-15年，有的制造出来由于贮存时间过长，未经使用就已失效报废，远远短于预期使用寿命，导致能源的浪费及应用的经济效益。
铅酸蓄电池原理一、铅酸蓄电池电动势的产生：1、铅酸蓄电池充电后，正极板是二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质——氢氧化铅（Pb（OH）2、氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb）留在正极板上，故正极板上缺少电子。
2、铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO2）发生反应，变成铅离子（Pb+2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。
可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。
二、铅酸蓄电池放电过程的电化反应：1、铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I，同时在电池内部进行化学反应；2、负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）；3、正极板的铅离子（Pb+4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。
正极板水解出的氧离子（O2）与电解液中的氢离子（H+）反应，生成稳定物质水；。
最全面铅酸蓄电池常见故障和机理分析快点动力
最全面铅酸蓄电池常见故障和机理分析快点动力新能源1、反极的现象及原因铅酸蓄电池的反极系指蓄电池的正负极发生了改变，反极现象反映在两个方面，一是由于铅蓄电池在装配组装时某单格电池极群组接反或整个电池极群组接反。
这种情况下会出现铅酸蓄电池灌完酸用电压表测量端电压时其端电压值小于各单体蓄电池额定电压之和的现象或出现端电压为负的现象。
另一方面是铅蓄电池在容量放电时在多个串联使用中，由于某个蓄电池(或某单体蓄电池)容量较低或完全丧失容量。
在放电时这个电池很快被放完电被其它电池进行反充电，使原来的负极变成正极，原来的正极变成负极，端电压出现负值的现象。
对于前一种反极故障，在测量蓄电池端电压时(多个单体电池组成的蓄电池)都可发现，若有一个单体电池反极，不仅失去该电池的2 V电压，而且还要增加2 V反电压，端电压要降低4V左右。
例如，对于额定电压为12 V的电池，如测量其端电压为8 V左右，说明有1个单格电池反极。
如测量其端电压为4 V左右说明有2个单格反极，如测量其端电压为-4 V左右说明有4个单格反极，如测量其端电压为-12 V说明6个单格均反极。
对于后一种反极故障，其端电压值(负值)随放电情况而不同。
一般在检测时，对于这种情况要及时将蓄电池从放电线路中摘除下来，以免对蓄电池有所损坏。
2、短路现象及原因铅酸蓄电池的短路是指铅酸蓄电池内部正负极群相连。
铅酸蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面：(1)开路电压低，闭路电压(放电)很快达到终止电压。
(2)大电流放电时，端电压迅速下降到零。
(3)开路时，电解液密度很低，在低温环境中电解液会出现结冰现象。
(4)充电时，电压上升很慢，始终保持低值(有时降为零)。
(5)充电时，电解液温度上升很高很快。
(6)充电时，电解液密度上升很慢或几乎无变化。
(7)充电时不冒气泡或冒气出现很晚。
造成铅酸蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面：(1)隔板质量不好或缺损，使极板活性物质穿过，致使正、负极板虚接触或直接接触。
铅酸蓄电池性能损失机理与预测模型研究
铅酸蓄电池性能损失机理与预测模型研究引言：铅酸蓄电池是一种常用于储能和动力源的设备，广泛应用于汽车、电动车、UPS电源等领域。
然而，随着使用时间的增加，铅酸蓄电池的性能逐渐下降，这是由于多种因素引起的。
本文将讨论铅酸蓄电池性能损失的机理，并探讨预测模型的研究，以提高铅酸蓄电池的使用寿命和性能。
一、铅酸蓄电池性能损失机理1. 活性物质损失：铅酸蓄电池中的活性物质是正极和负极的重要组成部分，随着使用时间的增加，活性物质会逐渐脱落、溶解或结构破坏，导致电池性能下降。
2. 电解液老化：电池中的电解液是用于离子传输的介质，长期使用后，电解液中的酸性成分会逐渐分解，导致电解液的浓度下降，电池内阻增加，从而影响电池的性能。
3. 极板腐蚀：铅酸蓄电池中的极板是电池内部电化学反应的关键部分，随着时间的推移，极板会受到酸性环境的腐蚀，出现腐蚀、锈蚀等问题，导致电池性能衰减。
4. 自放电：铅酸蓄电池在长期不使用时会发生自放电现象，即电池内部自发进行反应，导致电池储存的能量逐渐减少，降低了电池的可靠性和使用寿命。
5. 充放电循环：铅酸蓄电池在充放电过程中会发生化学变化，充电时产生铅酸，放电时形成铅。
这种充放电循环会导致电池内部结构的变化和物质迁移，进而影响电池的性能和寿命。
二、铅酸蓄电池性能损失预测模型研究1. 统计学模型：通过对大量的实验数据进行统计分析和建模，可以建立铅酸蓄电池性能损失的预测模型。
例如，可以使用回归分析、多元线性回归等统计方法，将电池的使用时间、温度、电流等因素作为自变量，将电池的性能损失作为因变量，建立预测模型，从而预测电池的寿命和性能衰减。
2. 物理学模型：基于铅酸蓄电池及其内部反应的物理原理，可以建立物理学模型来研究电池的性能损失和寿命。
例如，可以使用电化学动力学模型、极化模型等理论方法，考虑电池内部的化学反应、传质过程和电荷传输等因素，预测电池的性能损失和衰减机理。
3. 机器学习模型：近年来，机器学习在预测模型研究中得到了广泛应用，可以结合大量的实验数据和特征参数，使用机器学习算法建立铅酸蓄电池性能损失的预测模型。
铅酸蓄电池的失效机理
铅酸蓄电池的失效机理阿城继电器股份有限公司郭洪亮关键词：蓄电池，失效机理，监控，容量，内阻概述：近年来，随着电力工业的发展和信息产业的发展，阀控式铅酸蓄电池（VRLA俗称免维护电池）的使用得到空前的普及，由于有关VRLA电池的使用知识普及不够，VRLA电池在使用过程中暴露出许多问题，这些问题严重影响VRLA电池的使用寿命，并进而影响到相关设备的运行安全，本文试图从电池的基本构造和原理出发，阐述有关电池使用的基本常识，希望本文能对VRLA电池的使用和推广产生积极的推动作用。
其失效主要有以下几方面原因。
一、电池失水铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高，导致电池正极栅板的腐蚀，使电池的活性物质减少，从而使电池的容量降低而失效。
铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。
当充电达到一定电压时（一般在2.30V/单体以上）在蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。
上方面释放气体带出酸腐污染环境，另一方面电解液中水份减少，必须隔一段时间进行补加水维护。
阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品，其产品特点为：（1）采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位。
即普通蓄电池板栅合金在2.30V/单体（25ºC）以上时释放气体。
采用优质多元合金后，在2.35V/单体（25ºC）以上时释放气体，从而相对减少了气体释放量。
（2）让负极有多余的容量，即比正及多出10%的容量。
充电后期正极释放的氧气与负极接触，发生反应重新生成水，即O2+2Pb→2PbOPbO+H2SO4→H2O+PbSO4使负极由于氧气的作用处于充电状态，因而不产生氢气。
这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。
（3）为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，必须采用和普通铅酸电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新超细玻璃纤维隔板。
其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上，从而使氧气易于流通到负极，再化合成水。
另外，超细玻璃纤维板具有将硫酸电解液吸附的功能，因此使电池倾倒，也无电解液溢出。
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铅酸蓄电池的失效机理及检测
［摘要］：密封阀控铅酸电池以其密封、免维护、自放电小、性能稳定、经济实用等优点而广泛应用于电力工业和邮电通信。
了解阀控铅酸蓄电池失效机理，进行电池的定期检测是相当重要的，电池在运行过程中，因为内阻是反映电池内部的参数，电池内阻变大，端电压降低，加剧了电池的老化现象，对电池组存在极大的事故隐患，定时检测，及时调整老化电池，延长电池寿命，提高系统的高效安全运行。
［关键词］：阀控铅酸蓄电池失效机理定期检测
阀控电池的失效机理
阀控式铅蓄电池是一个复杂的电化学体系，电池的性能和寿命取决于制备电极的材料、工艺、活性物质的组成和结构、及电池运行状态和条件等。
它的失效因素也是非常多的，基本上可分为三类：电池设计结构上的因素
极板的腐蚀
对浮充电使用的电池，板棚腐蚀是限定电池寿命的重要因素，在电池过充电状态下，正负极板上反应如下：
正极：2h2o → o2+h++4e-
负极：pb+1/2o2 +2h++so42- →
pbso4 + h2o
pbso4 + 2e- → pb+so42-
可见，负极产生水，降低了酸度，而正极反应产生h+，加速了
正极板栅的腐蚀。
1.2 水损失
由于再化合反应不完全及板栅腐蚀引起水的损失，当每次充电时，由于产生气体的速率大于气体再化合速率，导致一部分气体逸出，造成水的损失。
枝状结晶生成
当电池处于放电状态，或长期以放电状态放置，这种情况下，负极ph值增加，极板上生成可溶性铅颗粒，促进板状结晶生成穿透隔膜造成极间短路，使电池失效。
负极板硫酸盐化
负极在电池充放电中的反应
放电过程：pb+h2so4-2e- →
pbso4+2h+
充电过程： pb+1/2o2+h2so4 →
pbso4+h2o
由于自化合反应的发生，无论电池处于充电或放电状态,负板总有硫酸铅存在，使负极长期处于非完全充电状态，形成不可逆硫酸铅，使电池容量减少，导致电池失效。
热失控
在充电过程中，电池内的再化合反应将产生大量的热能，由于蓄电池的密封结构使热量不易散出，导致电池温升过高失效。
2、生产电池工艺质量的因素
在实际情况中，由于电池生产工艺质量的问题，如原材料成份不稳定，极板涂膏量不一致，极耳腐蚀断裂，壳体和壳盖间渗透漏液，阀盖开闭不灵等，都造成电池性能离散性大，也是电池早期失效的主要因素。
蓄电池的检测方法
整组电池充电的特性是，如电池组内有一个或几个内阻变大的老化电池，其容量必然变小，充电器给电池组充电时，老化电池因容量小，将很快充满，充电器会误以为整组电池已充满而转为浮充状态，以恒定电压和小电流给电池组充电，其余状态良好的电池不可能充满。
电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电，经多次浮充-放电-均充-放电-浮充的恶性循环，容量不断下降，电池后备时间缩短。
结论：如不定时检测，找出老化电池给与调整，电池组的容量将变小，电池寿命缩短，影响系统的高效安全运行。
由于蓄电池在实际应用中作为后备电源使用，是保证不间断供电的关键设备，因而蓄电池性能的检测也就显得非常重要。
然而蓄电池性能受诸多因素影响，其测量也较为困难。
目前我国测定电池性能的标准是以10小时率恒定电流放电至规定的终止电压来测量的，单位为安时（ah）
为了解蓄电池的性能状况，目前有如下几种检测方法：
放电法
将电池组脱离供电系统，以十小时率电流对负荷放电，同时测量每一电池电压，当降到规定值时（单体1.8v），停止放电，计算
时间得出电池组容量。
显然该方法准确，但浪费能量，实施困难。
蓄电池电压巡检
在线对电池电压进行检测，根据每节电池的电压、判别电池性能，该方法只能判读已严重失效的电池，对性能的差异不能作出反应，效果较差。
3、测量电池内阻
阀控式密封蓄电池的故障如板栅腐蚀和增长、接触不良、活性物质可用量减少等集中表现于电池内阻的增大、电导的减小，因此，电导或电阻的高低可提供反映电池故障和使用程度的有效信息。
四、结束语
本文通过对铅酸密封电池失效机理的分析和对目前已采用的电池检测手段的比较，分析了铅酸电池充放电曲线特性，实现了电池在线检测系统，通过对曲线特征值的比较，来反映电池的性能差异，电池性能判别
【参考文献】［1］《蓄电池维护全面解决方案》
［2］《杭州高特电子设备有限公司说明书》
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。