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电动车电池常见失效模式及形成原因 电池的各种失效模式中，只能说某种原因占主要地位。如同患有心脏病的人，一般都伴有高血压、血管硬化等症状。我们可以认为一只废旧失效的电动车电池存在着各种失效原因。一只电池硫化的时候，并不是说它仅是硫化，而是说，影响电池性能的主要问题是硫化，其他如失水、正极板软化、板栅腐蚀等在一定程度上也会存在。这也就是通常我们不能通过消除硫化使电池完全恢复到与新电池接近的水平，有的修复后的容量甚至会超过新电瓶，但修复后的使用寿命和电池组的均衡性无法与新电池相比。 所有的铅酸蓄电池，在使用一段较长时间后，其正极板都或多或少存在问题。我们在修复过程中，经常发现有些电池不管怎么做都没有效果，这些电池一般都是正极板的问题（软化、活物质脱落、板栅腐蚀等），由于极板的种类、制造条件、使用方法有差异，最终导致电池失效的原因各异，归纳起来铅酸蓄电池失效有如下几种情况： 一、电池失水 充电时发热，此时虽然还没有造成电池膨胀现象发生，但是失水已经很严重了，如果任其进一步发展，就会导致电池硫化加重，进而导致热失控及正极板软化等恶性电池失效。 电池失水故障产生的原因： 电池失水是电池失效的最普遍最常见的故障，同时，电池失水又是大部分失效模式的根源。有人说：电池失效都是失水惹的祸。这话的确有一定道理。那么，电池的“水”是怎么样失去的呢？在充电过程中，为了满足6~8小时充满电的要求，不得不把充电电压设置的较高，这个较高的充电电压远远超过电池的析气电压。正、负极板析出的氧气和氢气除一部分“氧合”还原为水外，一部分则通过安全阀排出电池。我们知道，水是由氢和氧构成的，失去了氧和氢就等于失去了水，失水后的电池电解液中酸的比重逐渐增大，促使电池硫化现象加重，降低了负极板的氧循环能力，使电池容量逐渐降低。电池的硫化加重了失水，失水有加重了硫化，这样恶性循环下去，致使电池容量丧失，最终导致电池完全失效；此外，电池自放电也会导致电解液中水的丢失。有些电池制造时如采用低锑合金做板栅材料，由于电池析气电压更低，更加容易造成电池失水和硫化。 二、电池的硫化 首先应该知道什么是铅酸蓄电池的的硫化。蓄电池内部负极板表面上附着着一层白色坚硬的结晶体，充电后依旧不能剥离负极板表面转化为活性物质的硫酸铅；这就是硫酸盐化，简称“硫化”。硫化的电池就像给负极板罩上了一层薄膜，导致负极板反应面积大幅下降，从而导致电池失效。这种电池失效模式是最普遍发生的，失效电池中，70%~80%是电池硫化造成的。 电池的硫化特征是：电解液密度低于正常值；电池容量变低，充电时间大幅度缩短。 好的电池从单只电池电压10.5V起充电，一般需要6~8小时，硫化电池充电时电压上升较快，一般2~3小时就转绿灯了。充满电经过较长时间，电池端电压高于13.4V，充电时过早产生气泡甚至一充电就有气泡（耳贴电池，可以听见“吱吱”析气响声）；电池发热，温升增快，硫化严重时导致充不进电，“一充就满，一跑就光”是电池硫化的典型特征。 电池硫化故障产生的原因： ①电池长期充电不足或放电时没有及时充电，有些三段式充电器恒流电压设置过低，导致电池充电不足；还有人充电时，习惯一转绿灯就拔下电源，没有对电池充分浮充；还有些人在每次用完电动车后，不能做到即时充电，往往是上午用车，晚上充电或是隔天或隔几天才充电。导致极板上的硫酸铅（PoSO4）有一部分溶解于电解液中，环境温度越高，溶解度越大，环境温度低时，溶解度减小，溶解的硫酸铅就会重新析出，在极板上再次结晶，形成硫化。 长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的空隙内生成硫酸铅（PoSO4）。电动车控制器都有欠电压保护电路，当电池电压低到保护电压（36V电动车降到31.5V，48V电动车降到42V）时，控制器会切断电源或红灯报警，保证不发生过放电。停用后，不久电池电压还会反升（浮电），这个电是万万不能用的。一些人不注意这些，经常欠电压使用，造成负极板的硫化。另外，自放电现象（也称自泻）严重的电池，时间长了形成小电流深度放电，也会使负极板形成硫化。 已放电或半放电状态的电池放置时间过久。有些人使用电动车没有养成良好的充电习惯，对于长期不用的电池不经常进行定期的充电，让电池长期处于“饥饿”状态，导致硫化。甚至形成不可逆转的硫化。 电解液酸度过高，成份不纯，外部气温变化剧烈，导致硫化。前面讲电池失水后，会导致酸的比重升高，容易形成硫化。此外，电解液存在金属离子成份或其他不良成份，均会增加硫化机会。北方冬季天气寒冷，在温暖的室内充电，拿到外面使用，气温急剧变化也会导致电池硫化。 三、电池正极板软化。 直观检查：在充电过程中，抽出电解液，如果电解液发红发黑，甚至墨黑呈泥状，说明电池正极板已经软化。在外观表现上，则是正极板表面由开始的坚实逐渐变松软直到变成糊状，这时由于正极板表面积下降，导致电池容量下降。对于电池正极板的软化，虽然有不同的理论解释，但在显微镜下，可以观察到电池在使用过程中，正极板的活性物质的结构是变化的。微孔越来越少，最后形成珊瑚结构。这个过程是肯定要发生的，随着放电循环的进行，活性物质表面收缩，形成核心而变成珊瑚状结构；多次放电使小孔聚集增多，使大孔不断增加，破坏了正极板结构，导致活性物质脱落。 电池的正极板软化产生的原因： 因为正极板活性物质二氧化铅本身结合不牢，放电时生成硫酸铅，充电时又恢复为二氧化铅，硫酸铅的摩尔体积笔二氧化铅大，则放电时活性物质体积膨胀。若1摩尔二氧化铅转化为1摩尔硫酸铅，体积增加95%。这样反复收缩膨胀，就使得二氧化铅粒子之间结合逐渐松弛，易于脱落。若1摩尔二氧化铅的活性物质只有20%放电，则收缩、膨胀的程度就大大降低，结合力破坏变缓慢，因此，放电深度越深，其循环寿命越短。 在分析电池正极板软化故障和发生原因时，有人作了一个十分恰当的比喻：在正常的电池中。电池的正极板二氧化铅是由α氧化铅和β氧化铅组成的。其中α氧化铅好像是树木的树干和树枝，β氧化铅好像是树叶。光合作用主要是依靠树叶，当然树干也有一定的光合作用，但是很少；而光合作用是维持大树生存的重要条件之一。没有光合作用，大树将死亡。 这个大树有一个奇特的性，就是树干一旦参与光合作用，将变成树叶，如果树叶多了，光合作用会增加。但树枝少了，没有支撑作用，树叶会重叠，互相遮挡，也使得光合作用下降。 产生这个效应的原理就是α氧化铅只能在碱性环境中生成，在酸性环境中只能生成β氧化铅；而电池是在酸性环境工作的。如果α氧化铅一旦参与放电，再充电就只能生成β氧化铅。也就是树枝和树干变成了树叶。开始的时候，光合作用也可能会增加，但是很快树叶堆积在一起，遮挡了阳光，光合作用反而下降了，树枝和树干少了，我们就说是电池正极板软化了。一堆没有树枝和树干支撑的树叶，就会脱离正极板；所以加液后，在充电析气的时候，α氧化铅就脱离了极板，形成我们看到的“黑液”。 产生正极板软化的原因如下： 1、大电流放电，尤其是载人、带货、上坡、启动时,电池放电电流可达到数十安培，电池正极板表面的氧化铅参与反应快，深层的氧化铅反应以后形成的局部硫酸已经转化为水了，缺少参与反应的硫酸，而隔板的硫酸扩散首先到达表面，所以表面的α氧化铅被迫参与反应，再充电以后就形成β氧化铅，无法还原α氧化铅，树枝就变成了树叶，正极板软化就产生了。电摩长期工作在大电流放电中，因此多数都会正极板软化现象产生。 2、就是深度放电，比如经常使用欠压后的反升电。使正极板表面的β氧化铅已经不够用了，所以α氧化铅不得不参与反应，造成了树枝变树叶，导致正极板软化。正极板软化，会使得脱落于树枝的树叶遮挡阳光，也就是术语说的脱落的氧化铅会堵塞通孔，形成半闭孔和闭孔，堵塞了硫酸通道，使得被堵塞的氧化铅不能参与反应，电池的容量也会明显下降。 3、电池正极板析气。由于充电器原因，转浮充电压过高，导致电池长期处在过充电状态，充电过程中极板孔隙中逸出大量气体，在极板孔隙中造成压力，在高电压“冲刷”下而使活性物质脱落，形成正极板软化；所以，大量析气不仅仅是会产生失水，而且也形成一些正极板软化的条件。一些电池失水后，正极板反应面积下降，对营的正极板部分就无法发挥作用，电流会集中到其他没有失水和硫化的部分，导致正极板局部软化。使得单位面积正极板电流密度加大，也与大电流放电的失效的机理差不多；硫化会使得负极板真实反应面积下降。所以，失水和硫化也是产生正极板提前软化的一个重要原因。 4、大电流充电，这同样会造成正极板的软化。使用输出电流大的充电器给小容量的电池充电，比如使用20AH的充电器给10AH电池充电，会使电池发热，电解液温度提高，从而使活性物质膨胀、松软并且易于脱落。 四、电池热失控。 给蓄电池充电时，特别是到了末期，充电器不转绿灯，同时电池严重发热，如果测量充电电流发现电流可达2A或2A以上。发热严重时，析气压力过高，会导致电池壳受热变形，直至电池报废。 电池热失控故障产生的原因： 1、电池的失水。失水后，蓄电池中的超细玻璃纤维隔板发生收缩现象，使之于正负极板的附着力变得很差，内阻增大，充放电过程中发热量加大。经过上述过程，蓄电池内部产生的热量只能经过池槽散热，如散热量小于发热量，即出现温度上升现象。温度上升，使蓄电池析气过电位降低，析气量增大，正极板大量氧气通过“通道”，在负极表面反应。释放出大量热量，使温度快速上升，形成恶性循环，即所谓的“热失控”。最终温度达到80℃以上电池就会发生变形。同时，在蓄电池中热容最大的是水，水损失后，蓄电池热容大大减少，产生的热量使蓄电池温度升高很快。 2、单格落后。如果某一组电池的某一个单格电池发生严重落后，在充电的恒压值不变的条件下，落后格的电压不上升或上升缓慢，其他好的单格出现充电电压相对过高，就会发热；同样一组电池中有一块电池落后，也会导致一组中其他好的电池因过充电发热，也会产生热失控的问题。 3、充电电压过高。一些劣质充电器充电电压高于规定值，致使电池析气量增大，也会形成热失控。 4、氧循环通畅。正极板析出的氧气直接作用在负极板上，发生热量不能及时排除，形成热失控。 五、电池短路 1、蓄电池正、负极板直接接触或被其他导电物质搭接称为极板短路。短路的电池，由于短路的原因不同，现象也不尽相同。 比如说一个电池某单格由于严重的枝晶短路，而存不住电，则在刚充完电时电压正常，而放置一段时间后，电压就会逐渐向11V靠拢。测电压则可能得到11V~13V的任何数值，但放电时，其电压往往会陡然下降2V；也有可能较快下降到10.5V，然后其放电曲线基本等同于正常电池，只是电压低2V，此为软短路。 2、如果是硬短路，测量电池开路电压，一般是在10.5V~10.7V左右。 3、深放电时，用手触摸电池，电池除发热外，局部还有明显的高热点。 4、充电时，电压上升很慢，始终保持低值，电解液温度上升很高很快。 电池短路产生的原因： 1、为了增加电池的容量，目前电动车电池的隔板相对比其他电池的隔板薄一些。负极板的硫酸铅结晶长大，充电以后有少量硫酸铅遗留在隔板中，遗留在隔板上的硫酸铅一旦被还原成为铅，积累多了，电池就会出现微短路。这种现象叫做“铅枝搭桥”。产生这种微短路，轻的产生单格电压落后，严重的时候会出现单格短路。 2、极板上的活性物质膨胀脱落，因脱落的活性物质沉积过多，致使正、负极板下部边缘或侧面与沉积物相互接触而造成造成正负极枝连接。 3、焊接极群时形成的“铅流”未除尽或装配电池时有“铅豆”在正负极板间存在，在充放电过程中损坏隔板造成正负极相连短路。 4、超期储藏并且没有定期维护的电池，再充电时极板产生晶枝生成短路。 六、电池开路 电池开路是电池失效不多见的模式，主要表现为充不进电，测量开路电压可达到13V左右，但是放电没有电流输出；有的开路电池测端电压在0V上下，用灯泡放电，灯泡不亮，严重时伴有蓄电池内部打火现象。如果用导线将正负极短路打火，没有星点火花。也可先用万用表检测蓄电池端电压为零，则再采用短路打火，若无火花，即可判断电池开路。 电池开路形成的原因： 主要是电池生产装配时，不当焊接造成的。比如虚焊、假焊，电池经一段时间的运行后，就出现开路现象。因加酸不小心使酸液漏入引线焊点，腐蚀引线造成开路。电池开路一般出现在过桥、汇流条与极板焊接处，极板与极板引出端子等处。除上述电池失效模式以外，还存在其他类型的模式，由于其他失效模式一般不常见，在此就不再一一介绍了。 |
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