铅酸蓄电池学术论文集锦1

《铅酸蓄电池学术论文集锦1》

1、铅酸蓄电池的硫化与修复原理

1、何为硫化

蓄电池内部极板的表面上附着一层白色坚硬的结晶体，充电后依旧不能剥离极板表面转化为活性物质的硫酸铅，这就是硫酸盐化，简称为“硫化”。

2、硫化表象

电池内阻增大，充电较未硫化前电压提前到达充电终止电压，电流越大越明显。酸液密度低于正常值。放电容量下降，放电电流越大容量下降越明显。充电时有产生气泡，充电温升增快，严重时可导致充不进电。

3、硫化的生成

根据蓄电池的双硫酸盐化理论，蓄电池在每次放电后，正负极板的不同活性物质均转变为硫酸铅，充电后各自还原回不同的活性物质。而经常过放电、小电流深放电、低温大电流放电、补充电不及时、充电不充足、酸液密度过高、电池内部缺水、长期搁置时，极板表面的硫酸铅堆积过量且在电解液中溶解，呈饱和状态，这些硫酸铅微粒在温度、酸浓度的波动下，重新结晶析出在极板表面。由于多晶体系倾向于减小其表面自由能的结果，重组析出后的结晶呈增大、增厚趋势。由于硫酸铅是难溶电解质，重组后的结晶体其比表面积减小，在电解液中的溶解度和溶解速度降低。硫酸铅附着在极板表面和微孔中阻碍了电池的正常扩散反应，且硫酸铅电导不良阻值大，致使电池在正常的充电中欧姆极化、浓差极化增大，充电接受率降低，在活性物质尚未充分转化时已达极化电压产生水分解，电池迅速升温使充电不能继续下去进而活性物质转化不完全，因而成为容量降低和寿命缩短的原因。

4、如何防止电池产生硫化

每次放电后及时补充电且要充足电，尤其是大电流放电后一定要及时补充电。在小电流放电时尽量控制放电深度，小电流深放电产生的硫酸铅过于致密，放电后充电采取小电流长时间。对于低温大电流放电后，要采取多充电量百分之三十来恢复容量。长期搁置的电池,要先充足电后再搁置，在搁置每两个月适当补充电一次。

5、几种电池硫化修复的方法

1）水疗法

对已硫化电池，可以先将电池放电，倒出原电解液并注入密度在1.10g/cm3以下较稀电解液，即向电池中加水稀释电解液，以提高硫酸铅的溶解度。采用20h率以下的电流，在液温不超过20℃～40℃的范围内较长时间充电，最后在充足电情况下用稍高电解液调整电池内电解液密度至标准溶液浓度，一般硫化现象可解除，容量恢复至80%以上可认为修复成功。

此法机理，用降低酸液密度提高硫酸盐的溶度积，采取小电流长时间充电以降低欧姆极化延缓水分解电压的提早出现，最终使硫化现象在溶解和转化为活性物质中逐渐减轻或消除。

此法特点对于加水蓄电池比较适用，对于硫化严重现象亦可反复处理，无须投资设备即可自行修复，缺点是过程太繁琐对密封电池不太适用。

2）浅循环大电流充电法

对已硫化电池，采用大电流5h率以内电流，对电池充电至稍过充状态控制液温不超过40度为宜，然后放电30%，如此反复数次可减轻和消除硫化现象。

此法机理，用过充电析出气体对极板表面轻微硫化盐冲刷，使其脱附溶解并转化为活性物质。

此法特点，对于轻微硫化可明显修复。但对老电池不适用，因为在析出气体冲刷硫酸盐的同时也对正极板的活性物产生强烈冲刷，使活性物质变软甚至脱落。

3）化学修复法

对已硫化电池，倒掉原电解液，加入纯水与硫酸钠、硫酸钾、酒石酸等物质混合液，采取正常充放电几次，然后倒出纯水加入稍高密度酸液调整电池内酸液至标准液浓度，容量恢复至80%以上可认为修复成功。

此法机理，加入的这些硫酸盐配位掺杂剂，可与很多金属离子，包括硫化盐形成配位化合物。形成的化合物在酸性介质中是不稳定的，不导电的硫化层将逐步溶解返回到溶液中，使极板硫化脱附溶解。 此法特点，修复效率和功效高于前两种修复方法，缺点太繁琐。

4）脉冲修复

对于硫化电池，可用一些专用的脉冲修复仪对电池充放电数次来消除硫化。

此法机理，从固体物理上来讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿，就会由绝缘状态转变为导电状态。如果对电导差阻值大的硫酸盐层施加瞬间的高电压，就可以击穿大的硫酸铅结晶。如果这个高电压足够短，并且进行限流，在打穿硫化层的情形下，控制充电电流适当，就不会引起电池析气。电池析气量取决于电池的端电压以及充电电流的大小，如果脉冲宽度足够短，占空比够大，就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下，同时发生的微充电来不及形成析气，如果含有负脉冲去极化，就更能保证在击穿硫酸盐层时极板的气体析出，这样就实现了脉冲消除硫化。

从原子物理学来说，硫离子具有5个不同的能级状态，处于亚稳定能级状态的离子趋向于迁落到稳定的共价健能级存在。在稳定的共价键能级状态，硫以包含8个原子的环形分子形式存在，这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合，难以跃变和被打碎，电池的硫化现象就是这种稳定的能级。要打碎这些硫化层的结构，就要给环形分子提供一定的能量，促使外层原子加带的电子被激活到下一个高能带，使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，谐振频率以外的能量过高会使跃迁的原子处于不稳定状态，过低能量不足以使原子脱离原子团的束缚，这样脉冲修复仪在频率多次变换中只要有一次与硫化原子产生谐振，就能使硫化原子转化为溶解于电解液的自由离子，重新参与电化学反应，在特定条件下转换回活性物质。

此法特点，效果好操作方便。但需要有专用的脉冲充电器，个人用户都不具备，需要购买。市场上的脉冲修复充电器参差不齐，很多脉冲充电器甚至是专用修复仪的脉宽比、占空比、负脉冲设计得并不合理不能起到去硫化的作用。

大容量铅酸蓄电池（以下简称“电池”）是基站电源的保障。在国内出现“电荒”的时候，后备电源的可靠性显得格外重要。在长三角和珠三角地区，每周内停三供四的时间很多，甚至出现听四供三更加严重的局面。多数处于野外的基站，其供电是难以保证都是采用一、二类电源的，这样，电池的可靠性问题尤其严重。

虽然目前的科学技术飞速发展，近年铅酸蓄电池的发展也比较快，基本上以大型阀控密封式铅酸蓄电池代替了防算酸隔爆型电池。就是大型阀控密封式铅酸蓄电池近些年也在发展。但是大容量的固定电池还是以铅酸蓄电池为唯一的选择。如何延长铅酸蓄电池的正常使用寿命，一直是业内人士探讨的主要问题。 相同的电池，在不同的设备条件、不同的使用条件和不同维护条件下使用寿命相差很大。这就需要在设备条件、使用条件和维护条件上寻找其差异。而电池失效的的几个主要现象是：

a．正极板软化；

b．正极板板栅腐蚀；

c．负极板硫化；

d．失水；

e．少数电池出现热失控（包括电池鼓胀）。

下面，就以电池失效模式来探讨设备条件、使用条件和维护条件对电池失效的影响及其应对方法。

一、电池的失效模式及其原因

1、电池的正极板软化 电池的正极板是由板栅和活性物质组成的，其中活性物质的有效成分就是二氧化铅。放电的时候二氧化铅转为硫酸铅，充电的时候硫酸铅转为二氧化铅。二氧化铅是由α二氧化铅和β二氧化铅组成的，在2种二氧化铅中以其中α二氧化铅荷电能力小但是体积大，比为β二氧化铅坚硬，主要起支撑作用；β二氧化铅恰好相反，荷电能力大但是体积小，比为β二氧化铅软，主要起荷电作用。α二氧化铅是在碱性环境中生成的，在电池内部一旦出现参与放电以后，在充电只能够生产β二氧化铅。正极板的活性物质是多孔结构的，就与电解液——硫酸的接触面积来说，多孔结构是平面的数十倍。如果α二氧化铅参与放电以后，重新充电以后只能够生成β二氧化铅，这样就失去了支撑，不仅仅会产生正极板活性物质脱落，而且脱落的活性物质还会堵塞正极板的微孔，导致正极板参与反应的真实面积下降，形成电池容量的下降。后备电源的电池使用年限要求比较严格，对电池的比容要求比较宽，因此后备电源使用的电池的后备电源的电池α二氧化铅和β二氧化铅比例比深循环的动力型电池大一些。为了减少α二氧化铅参与放电，一般控制放电深度仅仅为40％。随着电池的使用时间的增加，电池的容量下降，新电池放电40％的电量，对于旧电池来说必然上超过40％的，所以旧电池就相当于放电深度深，电池的正极板软化也会被加速。所以，电池的容量寿命曲线的后期下降速率远远高于中期。电池容量越小，放电深度越深，α二氧化铅损失也越多，正极板软化也越严重，导致电池容量下降越快，形成了恶性循环。

这样，电池的放电深度需要严格控制。实现这个控制的是靠基站的电源管理系统的国内和设置。目前控制电池放电深度的主要标准还是一次放电量和放电电压。这样，尽可能避免在应急的时候强制放电，而应该按照放电量来增加电池的容量。

2、电池的正极板腐蚀

正极板的板栅中的铅在充电过程中或被氧化为二氧化铅，并且不能够再还原为铅，形成正极板腐蚀。而二氧化铅的体积比铅的体积大，形成体积线性增加变形，使正极板活性物质与板栅脱离，导致正极板失效。而过充电会严重加速正极板腐蚀。我们一般以为不会产生过充电状态。实际上，基站的浮充电压如果跟不上环境温度的上升而进行下降的补偿，过充电就产生了。如基站的空调不够或者损坏，电池的过充电也会产生。这样电池的正极板板栅在不同的使用条件下会有不同的腐蚀速度。长三角和珠三角地区的正极板腐蚀也会比内地严重，这与电池的使用环境温度关系密切。

3、电池的负极板硫化

电池放电以后，负极板的铅转换为硫酸铅，如果不及时充电或者充电时间比较长，这些硫酸铅晶体就会逐步聚积而形成粗大的硫酸铅结晶，采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为不可逆硫酸铅盐化，简称硫化。

在折合单格电压为2.25V的浮充状态下，电池基本充满电需要一周的时间，完全充满电需要28天的时间，其间电池就处于欠充电状态。在电池放电以后的12小时，就可以发现产生粗大的硫酸铅结晶。在发生电荒的地区，电池的硫化相当严重。

在一般浮充状态下使用，随着日夜环境温度的变化，硫酸铅结晶也会聚积而形成粗大硫酸铅结晶而导致硫化。

在冬季环境温度比较低的时候，电池的浮充电压应该相应的提升，如果浮充电设备没有依据室温相应的调解上升，电池欠充电就会产生，电池硫化也就产生了。

失水的电池相当于电解液的硫酸浓度上升，也形成了加速电池硫化的条件。

较快速的充电可以抑制电池的硫化，基站的充电电流相对都比较小，所以硫化程度比充电电流大的电池严重。另外，浮充电压纹波越小，浮充电流的扰动越小，也形成了电池硫化的条件。

采用低锑合金的正极板的电池，浮充电压比较低，也比其它铅钙锡铝合金电池更加容易出现硫化。 从上面的硫化失效原因看看，很多电池的是无法避免的。特别是电池组发生单体电池落后的时候，个别落后的单体电池处于欠充电状态，这样该电池比其它电池更加容易硫化。

电池一旦出现硫化，靠单纯的浮充和均充是无法解决的，必须采取其它措施。目前消除密封电池硫化的方法有化学法和脉冲法。化学法虽然会较快的消除负极板硫化，但是其副作用——增加电池自放电会比较明显。这样会形成新的失效模式。所以，除了应急处理以外，没有任何电池制造商同意采用这种方法来修复电池。而脉冲修复硫化，属于无损修复，这是近年来所广泛提倡的方法。

4、电池的失水

电池充电达到单体电池2.35V（25℃）以后，就会进入正极板大量析氧状态，对于密封电池来说，负极板具备了氧复合能力。如果充电电流比较大，负极板的氧复合反应跟不上析氧的速度，气体会顶开排气阀而形成失水。如果充电电压达到2.42V（25℃），电池的负极板会析氢，而氢气不能够类似氧循环那样被正极板吸收，只能够增加电池气室的气压，最后会被排出气室而形成失水。电池具备负的温度特性，其析气也与温度特性一致。当电池温升以后，电池的析气电压也会下降，温升会导致电池容易析气失水。长三角和珠三角地区夏季环境温度比较高，如果没有空调或者空调容量不足，会使电池失水增加。如果单体电池的浮充电压折合为2.25V，在30℃的时候，电池失水比25℃条件下增加一倍，在40℃条件下，电池失水是25℃的8倍左右，除非相应的降低浮充电压。

如果电池的正极板含锑，随着锑的循环，部分的转移到负极板上面。由于氢离子在锑还原的超电势约低200mV，于是负极板锑的积累会导致电池的充电电压降低，充电的大部分电流用来做水分解而形成失水。所以，我们认为在大型固定型电池中应该逐步淘汰低锑正极板的电池。另外，对在电池生产过程中，应该严格控制铅钙锡铝正极板的含量。

5、电池的热失控

电池在均充状态时，充电电压会达到折合单格2.4V，这个电压超过了电池正极板大量析氧的电压，特别是在高温环境中，大量析氧电压会下降，这样产生的析氧量会大幅度的增加。而正极板产生的氧气在负极板会被吸收，吸收氧气是明显的放热反应，电池的温度会提升。如果电池已经出现失水，玻璃纤维隔板的无酸孔隙增加，会加速负极板吸收氧气，产生的热量会更多，电池温升也更高。而电池的温升也会加速正极板析氧，形成恶性循环——热失控。在热失控状态下，析氧量增加，电池内的气压增加，当达到塑料电池外壳的玻璃点温度的时候，电池开始鼓胀变型，这种变型除了影响电池内部的机械结构以外，还会形成电池漏气，而导致更加严重的失水漏酸。

尽管电池热失控现象发生的不多，但是一旦发生热失控，电池的寿命会迅速提前结束。

6、电池的不均衡

新电池的容量、开路电压和内阻应该进行严格的配组。所以新电池一般离散性比较小。随着电池使用，电池在制造工艺中必然存在的微小差距会被扩大。

如电池开阀压的区别，会导致电池失水不同。失水多的电池相当于电池的硫酸比重提升，导致电池开路电压增加，也是该单体电池的充电电压相当于其它电池电压高，而在串联电池组中的其它电池分配的电压就会下降，形成其它电池的欠充电。欠充电的电池内阻会增加，放电的时候电池电压会更低，充电电压跟不上，导致电池电压高的更高，低的更低。

电池正极板软化的差异随着充放电也会被扩大。当电池正极板发生软化的时候，脱落的活性物质会堵塞一部分微孔，正极板上单位面积的电流密度会增加，而增加电流密度的反应部分的充放电活性物质的膨胀收缩更加厉害，导致正极板软化被加速，这样就形成的容量落后的电池更加落后。

电池的负极板发生硫化，放电电流的密度也会增加，相当于增加了放电深度，硫酸铅结晶会比较集中在放电部位，形成较大的硫酸铅结晶。硫酸铅结晶体积越大，其吸附能力也相对增加，导致硫化更加严重。而硫化的电池在放电过程中也相当于增加了放电深度，硫化也更加严重。所以，电池容量的下降也会形成恶性循环。

从电池的寿命容量曲线看，电池的容量总体上是逐步加速的。凡是电池出现不均衡，总是加速的。 对于电池的不均衡，目前唯一的充电方式是采用“均充”，其愿望是对充满电的电池实现增加电池的副反应，把欠充电的电池充满电。但是，实际上，这个作用不足以恢复电池的均衡。目前比较有效的方法还是采用单体电池的补足充电。可是一般基站和修复队伍都不具备这个设备条件。

二、对策

1、设备管理与改造

a.机房环境温度对电池的寿命影响至关重要。除了配备相应的空调设备以外，应该增加和完善机房温度的遥测，在中心机房就可以发现任意一个机房温度超温（高温和低温）报警，以便及时处理。

b.检测浮充电压和均充电压与环境温度的的关系，应该依据电池的特性具备－3mV～－4mV/℃/单格 的特性。

2、均衡充电和容量配组

为了防止电池落后，对单格电压低的电池进行单独充电。现在已经开发了2V/50A的充电器，可以用来给落后的电池单独充电。也可以通过2V/50A的放电器对进行精确的容量测试。以便进行容量配组。

3、消除硫化

消除电池硫化的方法有几种方法，各有特点。

a. 水疗法

如果硫化不太严重，可以使用较稀的电解液，密度在1.100g/cm3以下，即向电池中加水稀释电解液，以提高硫酸铅的溶解度。并用20h率以下的电流，在液温30℃～40℃的范围内较长时间充电，可能得以恢复。如果电解液密度较高，则充电时只进行水分解，活性物质难以恢复。对于密封电池来说，水疗法是无法进行的。另外，水疗法的成本和使用工时都比较大。现在有了脉冲修复的方法，已经很少见到水疗法了。 b. 化学处理方法

采用化学添加剂，在电池发生硫化的时候使用。这种方法对消除硫化是行之有效的，但是其副作用不可忽视。主要问题是会形成自放电明显增加，所以一般的电池制造商都不敢使用。

c. 大电流充电

若认为吸附是造成硫酸盐化的原因，则可以用高电流密度充电（达100mA./cm2）。在这样的电流密度下，负极可以达到很负的电势值，这时远离零电荷点，使φ－φ（0）＜0，改变了电极表面带电的符号，表面活性物质会发生脱附，特别是对阴离子型的表面活性物质，这种有害的表面活性物质从电极表面上脱附以后，就可以使充电顺利进行。目前国内几乎没有人使用这种方法处理不可逆硫酸盐化，可能出于以下考虑：高电流密度下极化和欧姆压降增加，这部分能量转化为热，使蓄电池内部温度升高，同时又有大量的气体析出，尤其是正极大量气析出气体，其冲刷作用易使活性物质脱落。

d. 脉冲修复

按照原子物理学和固体物理学的原理，硫离子具有5个不同的能级状态，通常处于亚稳定能级状态的离子趋向与迁落到最稳定的共价键能级而存在。在最低能级（即共价键能级状态），硫离子包含8个原子的环形分子形式存在，这8个原子的环形分子模式是一种稳定的组合，难以被打碎，形成电池的不可逆硫酸盐化——硫化。多次发生这样的情况，就形成了一层类似与绝缘层一样的硫酸铅结晶。

要打碎这些硫酸盐层的束缚，就要提升原子的能级到一定的程度，这时候在外层原子加带的电子被激活到下一个更高的能带，使原子之间解除束缚。每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，必须提供给一些能量，才能够使得被激活的分子迁移到更高的能级状态，太低得能量无法达到跃迁所需要的能量要求，但是，过高的能量会使已经脱离了束缚而跃迁的原子处于不稳定状态，又回落到原来的能级。这样，必须通过多次谐振，使得其中一次脱离了束缚，达到最活跃的能级状态而又没有回落的原来的能级，这样，就转化为溶解于电解液的自由离子，而参与电化学反应。

很高的电压可以实现，就是大电流高电压充电的方法，谐振也可以实现，就是脉冲谐波谐振的方法。 从固体物理上来讲，任何绝缘层在足够高的电压下都可以击穿。一旦绝缘层被击穿，粗大的硫酸铅就会呈现导电状态。如果对高电阻率的绝缘施加瞬间的高电压，也可以击穿大的硫酸铅结晶。如果这个高电压足够短，并且进行限流，在打穿绝缘层的条件下，充电电流不大，也不至于形成大量析气。电池析气量强正相关于充电电流和充电时间，如果脉冲宽度足够短，占空比足够大，就可以在保证击穿粗大硫酸铅结晶的条件下，同时发生的微充电来不及形成析气。这样，实现了脉冲消除硫化。

实现脉冲消除硫化和抑制电池硫化的方法，一般可以采用脉冲保护器和修复仪来处理。一般使用2类修复

方法。其一为在线修复，把可以产生脉冲源的保护器并联在电池的正负极柱上，使用电池或者充电器的电源或者使用外来的市电，就会有脉冲输出到电池上面。这种修复方式所需要的能源很少，比较慢，但是由于常年并联在电池极柱2端，慢也没有关系。对于没有硫化的电池，可以抑制电池的硫化。

其二为离线式的，可以产生快速的脉冲，脉冲电流相对比较大，产生脉冲的频率比较高，脉冲占空比比较大。一些产品还具有自动控制。这种修复仪主要是用来修复已经硫化的电池。

2、正极板软化的形象解释

在正常的电池中，电池正极板的二氧化铅是由α二氧化铅和β二氧化铅组成的。其中，α二氧化铅好像是乔木的树干和树枝，β二氧化铅好像是树叶。而光合作用主要是树叶，当然树干也会由一些光合作用，但是很少，主要是靠树叶。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特性，就是树枝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。但是，树枝少了，没有支持作用，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二氧化铅只能够在碱性环境中生成，在酸性环境中只能够生产β二氧化铅，而电池是在酸性环境中工作的。如果α二氧化铅一旦参与放电，再充电就只能够生成β二氧化铅。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，我们就说电池的正极板软化了。一堆没有树枝和树干连接的树叶，就会脱离正极板。所以加液的时候，在充电析气的时候，β二氧化铅就脱离了极板，形成了我们看到的“黑液”。

产生正极板软化的原因比喻如下：

大电流放电状态。电池正极板表面的二氧化铅参与反应快，深层的二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，而隔板中的硫酸扩散首先达到表面，所以表面的α二氧化铅液被迫参与反应，再充电以后就形成了β二氧化铅。树枝就变成了树叶，正极板软化就产生了。

如果采用比较缓慢的放电，硫酸扩散可以供给深层的二氧化铅参与反应，树枝的损失就少一些。 这样，大电流放电是电池产生正极板软化的第一位原因。所以电摩的电池多数都会有正极板软化的现象产生。

第二个原因，就是深度放电。就是表面的β二氧化铅已经不够用了，所以α二氧化铅也不得不参与反应，也形成了树枝变成了树叶，导致正极板软化。

正极板软化，会使得脱落于树枝的树叶会遮挡阳光，也就是术语中说的脱落的二氧化铅会堵赛通孔，形成了半通孔和闭孔，堵塞了硫酸的通道，使得被堵塞的二氧化铅不能够参与反应，电池的容量也会明显的下降。

电池正极板析气，会产生对正极板的冲刷作用，也会使得正极板软化产生。所以，大量析气不仅仅是会产生失水，而且也会形成一些正极板软化的条件。

3、铅酸蓄电池活性物质过量脱落的原因及处理

1、将电池的极群取出，检查沉淀槽中的沉淀物，如果是活性物质少量脱落，在电池正常工作的范围内是允许的，如果大大超过正常的情况时，就要及时分析原因，并进行及时处理。

A、电池槽底部在短时间内集积了大量褐色沉淀，说明是自正极板上脱落，是由于充电电流过大或经常过充电造成的。

B、沉淀物为白色时，是由于经常过量放电，致使活性物质成硫酸铅沉淀，或电解液中有杂质，特别是氯过量太多而形成氯化铅沉淀。

C、沉淀物形成褐、浅蓝、白色互相交迭、堆积，说明了电池内进入了铁、铜等有害物质。

D、如果发现脱落物质是粘糊状的，说明电解液不纯，密度较大或电池充放电温度高，使极板腐蚀脱落。如果沉淀物成块状，说明铅膏质量工艺较差，电池装配中造成活性物质脱落。 活性物质过量脱落，一方面造成电池容量下降，另一方面容易在电池底部造成正负极板短路，使电池使用寿命及早终止。

2、如果因为活性物质脱落，引起极板底部短路，则需要将极群抽出，取出沉淀物，清除极板短路部位，将极群装入电池，更换新的电解液，再以较小电流充电，并在充电后期调整电解液密度和液面高度，使电池恢复使用。

4、电动车蓄电池故障的检修

电动车用蓄电池制造水平参差不齐，蓄电池质量、性能区别也相当大。与蓄电池配合的设备质量好坏也不同程度地影响蓄电池的性能。使用条件的千差万别，也造成电动车性能的差异，在用户看来都可能理解成为蓄电池的质量问题。在电动车主要部件中，蓄电池的故障率较高，以下列举了一些典型的故障现象，介绍其检查处理方法。

一、电池漏液

1、故障现象

常见的漏液现象：一是上盖与底槽之间密封不好或因碰撞，封口胶开裂造成漏液；二是帽阀渗酸漏液；三是接线端处渗酸漏液；四是其他部位出现渗酸漏液。

2、故障的检查和处理

先做外观检查，找出渗酸漏液部位。取开盖片看帽阀周围有无渗酸漏液痕迹，再打开帽阀观察电池内部有无流动的电解液。完成了上述工作之后，若仍未发现异常，应做气密性测试（放入水中充气加压，观察电池有无气泡产生并冒出，有气泡则说明有渗酸漏液）。最后在充电过程中，观察有无流动的电解液产生，如果有则说明是生产的原因。在充电过程中如有流动的电解液应将其抽尽。

二、电池充不进电

1、故障现象

首先检查充电回路的连接是否可靠，检查连线与插头接触是否完好，认真检查插座和插头是否有“打火”烧弧现象，有无线路损伤断线等。

检查充电器有无损坏，充电参数是否符合要求：即初期充电电流达到1.6-2.5A/只；最高充电电压达到14.8-14.9V/只，充电浮充电转换电流达0.3-0.4A/只，浮充电压达到14.0-14.4V/只。 查看电池内部是否有干涸现象，即电池是否缺液严重。

还应检查极板是否存在不可逆硫酸盐化。极板的不可逆硫酸盐化，可通过充放电测量其端电压的变化来判定。在充电时，电池的电压上升特别快，某些单格电压特别高，超出正常值很多；放电时电压下降特别快，电池不存电或存电很少。出现上述情况，可判断电池出现不可逆硫酸盐化。

2、故障的检查和处理

先将充电回路连接牢固，充电器不正常的应更换。干涸的电池应补加纯水或1.050的硫酸，进行维护充电、放电恢复电池容量。如果发现有不可逆硫酸盐化，应进行均衡充电恢复容量。干涸的电池加液后的维护充电，应控制最大电流1.8A，充电10-15小时，三只电池的电压均在13.4V/只以上为好。如果电池之间电压差别超过0.3V，说明电池已经出现不同步的不可逆硫酸盐化。对于发生不可逆硫酸盐化的电池，需要更换整组电池或激活电池。

三、电池变形

1、故障现象

蓄电池变形不是突发的，往往是有一个过程的。蓄电池在充电到容量的80%左右进入高电压充电区，这时，在正极板上先析出氧气，氧气通过隔板中的孔，到达负极，在负极板上进行氧复活反应：

2Pb+O2=2PbO+热量

PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+热量

反应时产生热量，当充电容量达到90%时，氧气发生速度增大，负极开始产生氢气。大量气体的增加使蓄电池内压超过开阀压，安全阀打开，气体逸出，最终表现为失水。

2H2O=2H2↑+O2↑

随着蓄电池循环次数的增加，水分逐渐减少，结果蓄电池出现如下情况：

（1）氧气“通道”变得畅通，正极产生的氧气很容易通过“通道”到达负极。

（2）热容减小，在蓄电池中热容最大的是水，水损失后，蓄电池热容大大减小，产生的热量使蓄电池温度升高很快。

（3）由于失水后蓄电池中超细玻璃纤维隔板发生收缩现象，使之与正负极板的附着力变差，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电池槽散热，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，正极大量的氧气通过“通道”，在负极表面反应，发出大量的热量，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80OC以上，即发生变形。

2、故障的检查和处理

一组电池（3只）同时变形时，先做电压检查。如果电压基本正常，还应测量单格电压判断是否短路，无短路则说明变形是过充电产生“热失控”所致。应着重检查充电器的充电参数。电压偏高（高于44.7V以上）无过充电保护或涓流转换点电流偏低者（不同合金板栅的蓄电池要求转换电流不相同，一般说用铅钙锡铝合金制作的板栅的蓄电池转换电流较小，为0.025-0.03C2A；而铅锑合金制作的板栅的蓄电池转换电流较大为0.03-0.04C2A，要求更换充电器。

一组电池（3只）中只有1只或2只变形，有以下故障的可能性：（1）是电池荷电不一致，充电时造成某些电池过充电引起变形。荷电不一致的原因，可能有短路单格存在，也可能用户将电池试验放电或自放电等；（2）是某些电池出现极板不可逆硫酸盐化，内阻增大，充电发热变形；

（3）是某些电池连线时反极造成充电发热变形。对未变形的电池检查放电容量以及自放电特性，若无异常则不属电池问题。

解决蓄电池变形的措施有：

▲保证不漏液的前提下尽可能多加液，以延长或避免“热失控”的产生；

▲避免产生内部短路或微短路，及带有微短路倾向；

▲使用过程中应防止过放电的发生，做到足电存放；

▲严格检查充电器，不得有严重过充现象；

▲在高温下充电，必须保证蓄电池散热良好。应采取降温措施或减短充电时间的方法，否则应停止充电。

四、新电池电压降得快

1、故障现象

新电池装车、起动时电压降得快。

2、故障的检查和处理

检查仪表显示电压与电池容量是否相符。蓄电池2小时率放电电压与容量的关系如下表（12V蓄电池）；仪表显示的电压与电池容量关系不符合上表时，应要求厂家调整。

检查蓄电池连接线是否可靠，有无短路和连接不可靠等。有则排除之。

检查电动车起动和运行电流是否过大，若是过大（起动电流在15A以上，运行时的电流6A以上）应调整控制器限流值或对电机进行检查修理。

检查蓄电池容量是否偏低，若是偏低，应对电池进行充放电。

五、电池极板不可逆硫酸盐化

1、故障现象

极板硫酸盐化是蓄电池常见的故障，许多蓄电池失效也是因这一故障而发生的。极板硫酸盐化主要表现为：充电时电压很快上升，过早析出气体，温度上升快；放电时电压下降快，容量小。

2、故障的检查和处理

产生极板不可逆硫酸盐化原因归结如下：

（1）存放时间过长，自放电率高，未对其进行维护充电。

（2）放电后未对其进行及时充电。

（3）长时间处于欠充电状态。

（4）过放电。

（5）干涸或加入的电解液浓度过高。

蓄电池产生不可逆硫酸盐化时，应根据其程度的轻重进行修复。

盐化较轻者，对其进行一般的活化充电（即均衡充电），就可以恢复正常。具体方法如下： 恒压限流充电：第一阶段0.18C2A充电到2.7V/单格充电12-24小时。

恒流电第一阶段：0.18C2A充电到2.4V/单格，第二阶段：0.05C2A充电5-12小时。

盐化较重者，需要对其进行“水疗法”充放电，才能恢复正常。具体方法为：先对蓄电池补加入纯水或密度为1.05g/cm3稀硫酸到富液状态，再以0.05-0.018C2A的电流充电20小时左右，抽尽流动液，再作容量试验。反复上述操作，直到电池容量恢复。

六、电池组出现“不均衡”

1、故障现象

串联蓄电池组的均衡性是一个世界性的难题，使用过程中总会有“落后”蓄电池存在。其原因是多种多样的，有生产原因，也有原材料的原因和使用的原因等。

2、故障的检查和处理

首先将电池进行一般性的维护充电，然后用2小时率电流放电。放电过程中不断地测量电池的电压，将放电容量不足的“落后”电池选出来给予处理。先补加1.050的稀硫酸至刚好看到有流动电解液出现，再继续充电12-15小时。充电时注意电池的温度不要超过50℃。充电结束后，静置0.5-4小时，重作2小时率放电。放电过程中，测量单格电压的数值，若放电时间达不到标准或者单格电压到了1.6V，放电时间与正常单格电池相差较大者（出厂三个月相差5分钟以上，6个月相差8分钟以上，9个月相差10分钟以上，13个月相差15分钟以上），则还需重复上述充放电程序操作，直到符合要求为止。

若是重复充放循环后，电池容量无明显上升或仍为0V左右低压，这种电池一般有短路存在，或活性物质严重脱落软化，严重不可逆硫酸盐化等，无法修复，应作报废处理。对符合要求者可以继续使用的电池，但应在恒压15V/只的充电条件下，抽尽流动的电解液，擦干净电池表面，安上帽阀，用PVC（或氯仿）粘合剂将面板粘合好。

5、多步间歇脉冲化成工艺在密闭铅酸

蓄电池生产上的应用

铅酸蓄电池诞生一百多年来，得到了日趋广泛的应用。虽然与其它新型的二次电池相比，比能量较低，但由于工艺成熟、可靠性好、价格低廉、系列齐全，在蓄电池的应用领域，特别是动力电池行业，占据了举足轻重的份额。在可以预见的将来，铅酸蓄电池仍然是电动自行车首选的动力源。

电动自行车用阀控密封铅蓄电池，都有经实验得出的充放电曲线。由于是多格串联使用（12或18格），虽然电池厂家出厂时经过配对筛选，但仍无法保证串联使用时单格的一致性，使每格电池既能充足，又能避免过充或欠充，从而保证电动车既能有足够的续行里程，又不致因过充过放影响电池的使用寿命。这种一般意义上的电池管理系统，较之现有的充电器，成本将有所增加。在电动自行车行业同质化、价格战愈演愈烈的现状下，注重长久战略和差异化模式的企业，对此将会充分关注。

因为成本和价格的原因，无法实现单格电池的实时监测和均衡充电，那么，也应在充电电流

和充电时间，充电阶段与过充、欠充、简单修复和电池修复之间，选择最佳平衡点。

为什么在实验室技术指标很高的铅酸蓄电池，安装与电动自行车上的服役时间总是不够理想呢？我们知道，电池早期容量衰退的诸多因素中，过充失水和极板硫酸盐化与充电方式直接相关。动力电池既要保证电池容量，又要保证使用寿命，还要兼顾充电器的制造成本，选择三阶段充电模式、负脉冲去极化，是相对理想和比较经济的。

三阶段充电模式，就是将充电过程分为恒流限压、恒压限流和涓流补充三个阶段，由充电器自动完成。所谓恒流限压，就是初始充电阶段，由于电池放电较深，选择合适的充电电流进行快速充电，缩短充电时间。当电池组端电压上升到一定值时，快速充电终止，进入恒压限流阶段，以防电池失控、失水；维持电压不变，转入补充充电状态，充电电流由大到小衰减，补充充电到一定时间，自动进入涓流充电，此时的电流只是为了补充电池的自放电需要。

如果电池的使用和维护不善，例如经常充电不足或过放电，负极上就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，充电接受能力变差，引起蓄电池容量下降，甚至成为寿命终止的原因。充电过程中，添加适当能量、适当占空比的去极化负脉冲，有着明显的效果。从技术的角度，也是比较容量做到的。

充电模式与铅酸蓄电池使用寿命之间的关系，无法在短时间内直观演示，但电化学理论和大样本数的试验统计都证明确实直接相关。如果电池使用寿命放在首位，而不是一味关心充电器的价位，各电动车厂家应该对充电模式和充电效果予以充分关注。

7、影响电动助力电池寿命的因素

一、电池本身的质量水平

影响电池一致好坏的因素有电池制造技术水平高低及材料好坏，电池生产管理及工艺水平的高低等。技术水平高、生产工艺先进、材料好、机械化程度高、电池的一致性必然好。电池生产过程中，手工劳动的程度较多，必然影响电池的一致性，所以作为电动车家选取电池时，必须考察电池的致性，了解电池厂家的生产技术、设备及生产管理情况，选取电池性能稳定，一致性高的电池。

二、电动车本身电路系统的匹配水平

电动车电路系统中与电池寿命关系密切的是充电器和控制器。比较而言充电器比控制器对电池的影响更大。

1、充电不足

从电化学反应看，充电不足表现为阴阳两极板硫酸铅不能完全转变为海绵状铅和二二氧化铅，这使电池容量不足，如长期充不足电，会则会造成硫酸铅结晶，颗粒增大，使极板硫化，电池品质变劣。

2、过度充电

过度充电，会使阳极产生的氧气量大于阴极的吸收能力，从而使电池内压增大，最终冲开安全阀，气体外溢，导致电解液减少，另外过度充电，对阴阳极板活性物质也会产生冲击作用，使活性物质软化。即使再充电也不能恢复容量，电池寿命大大缩短。

3、控制器对电池寿命的影响表现在

电流密度：对电动车而言，电流密度主要指运行平均电流和峰值电流。欠压保护点：电动车限压保护设置太低，易造成电池的过放电。过放电对电池的寿命损伤是很严重的。

三、消费者对电动车的使用正确与否

消费者对电动车的使用正确与否，对电池的寿命影响极大，具体举例：

1、如有户每次不及时给电池充电，都是放电至终止电压（即100%放电），后再充电，则其寿命是200以上循环的话，那么放电深度在30%，则电池寿命会达1200次以上，也就是说电池寿命与放电深度关系很密切。

2、用户不及时充电，在骑行中电池过放电至终止电压而断电，由于断电后电池电压回复上去，则电动车又恢复放电骑行功以。这样对电池就是一个反复过放电的过程，对电池寿命的影响极大。

8、点线面全方面大话电动自行车

电动自行车主要由车体、电机、蓄电池、控制器和充电器组成，是一种在非机动车道行驶，无污染、无噪音、既安全、最大设计时速不超过20公里又省钱、每百公里耗电约1度；既保留着自行车的轻便，又融入了机动车方便的新型代步车。因此深受消费者的喜爱，是一种符合当今消费时尚的理想交通工具。

一 电动自行车的种类

★电动自行车按控制方式分为全电动型和智能助动型两大类。

全电动自行车既可脚踏骑行，又可纯电力驱动。使用电力驱动时无需脚踏助力，直接用调速手把控制，行车速度实现0-20公里/小时的无级变速。配用一组36V/12Ah电池，一次充电行驶里程60公里，是目前市场上电动自行车的主流产品。

智能助动型电动自行车既可人力骑行，也可以电力助动，没有纯电力驱动功能，是真正的助动车。它的电力助动是根据人脚踏骑行力大小，通过特制的传感器来控制车的电流大小，从而实现人力与电力约1：1组合，因此骑行时感觉轻松省力。当车速达到大致24公里/小时其电力供应即停止。 与全电动自行车相比，同样容量的电池续驶里程提高近一倍。

★根据款式来划分，电动自行车又可分为：

标准型电动自行车售价2300-2600元，多功能型电动自行车售价2800-3000元，豪华型电动自行车售价3200元以上等三大类。

★电动自行车按其动力装置的不同，还可分为：

磨擦传动型、中轴链轮传动型及轮毂驱动型。

1 磨擦传动型电动自行车

它是在普通自行车的原型上加装了电池箱和控制器，通过电动转轴的靠紧压轮胎而产生的磨擦来传动，结构简单，成本低。但轮胎磨损大，特别是雨天行驶易打滑，不安全，且能耗大，动力效率低，已属淘汰车型。

2 中轴链轮传动电动自行车

此种车型在车架中轴部位设计安装驱动电机，通过减速机带动中轴，再由中轴通过链条带动后轮。其优点是电机重心合理，并可利用车的减速系统来换档。但由于轴链传动过程中机械损耗大，效率较低。故此种车型在市场上的占有份额已日渐减少。

3 轮毂驱动型电动自行车

其电机安装在车轮的轮毂里，轮毂由辐条与车圈连接，直接带动车轮转动。轮毂电机设计合理、结构紧凑、体积小、重量轻，与其它电动自行车的动力装置相比，能耗低，效率高。轮毂电机又分为有刷和无刷两种。有刷电机的优点是：电刷寿命长，一般可达3000-4000小时，电机效率较高，稳定可靠，爬坡能力强，载重量大。由于有刷电机技术成熟，质量稳定，因此为目前电动自行车所普遍选用。缺点是声音较大，价格高，一般在900元左右。无刷电机由于没有电刷，没有传动齿轮，避免了机械磨损，噪音小，售价约800元，但启动电流冲击大，过载能力低，爬坡能力差，故障率相对较高，目前部分生产厂家仍采用此种电机。

有刷电机价格虽然高些，但故障率低，即使电机损坏也只需修理或更换电机内的零部件，而无刷电机一旦损坏就要整机更换。因此采用有刷电机的电动自行车相比采用无刷电机的电动自行车在使用性能及维修费用等方面均占有优势。

二 电动自行车的电池

电池是电动自行车的动力源。电池的质量直接影响行车的里程。目前，市场上电动自行车的电池为铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池。

1 铅酸电池

此类电池有36V12Ah、24V12Ah等几种，铅酸电池电能容量大，工艺比较成熟。如较常用的36V12Ah电池，一次充电续驶里程可达50-60公里，电池寿命在一年以上， 每换一次电池费用为420元，电池每百公里耗电仅一度左右，比较经济实惠，是目前电动自行车的主要动力源。但缺点是电池重量太重，约12公斤，为电动自行车净重的1/3-1/4。

2 镍镉电池

重量轻、寿命长是其最大特点。常用的24V5Ah电池，重量仅3.2公斤，一次充电续驶里程为16公里。按标准80%充放电，使用寿命约500次，但因其价格高，容量较低，续行里程短，

且电池有记忆效应，目前国内电动自行车使用的很少。

3 镍氢电池

常用的为24V7Ah，其容量高于镍镉电池，一次充电续驶里程为23公里，它虽然克服了镍镉电池的缺点，没有记忆效应，但价格还较高，目前已在部分电动自行车上使用。

三 怎样选购电动自行车

电动自行车规格，按轮径分为22、24及26英寸，最常用规格为24英寸。需根据使用者的需要和喜好来选择。

1 如果仅把电动自行车作为上下班的交通工具，选择一款标准型的较为实用，2000多元的价格也适中。至于车上各式各样的显示功能，笔者以为除电量指示外，其它均可有可无，若确定要选择多功能或豪华型，就需对车的所有显示功能逐一进行检查。

2 进行车架精度检查时，要仔细观察车的前后轮是否居于车架的整体平面内，中轴的中心线与车架平面是否垂直，车把在左右两侧不小于60度的范围内转向应灵活，前后轮的径向跳动及左右摆动要小，以不超过2毫米为好。链条松紧应适宜，各紧固件无松动现象。

3 支起停车支架，检查外观，看油漆有无剥落，电镀是否光亮细腻，座垫、书包架、脚踏板、钢圈、把手及网篮等是否完好。试用电门钥匙和电池锁，以安全可靠，方便使用为宜。

4 打开电门，检查无级变速效果和刹车效果，并检查电机转动声音是否平稳正常。车轮转动声音柔和，无撞击异响，试一试充电器充电是否正常。

5 目前市场上的电动自行车款式很多，品牌繁杂，在选购时，消费者要了解生产企业是否有电动自行车的生产许可证，并要注意车的品牌信誉度。经中国自行车协会审查，2001年获得“信誉标志”的电动自行车品牌有：上海千鹤自行车有限公司的千鹤牌、南京天地高科技股份有限公司的大陆鸽牌、苏州小羚羊电动自行车有限公司的小羚着牌、成才倍特电动自行车有限公司的倍特牌、上海依莱达电动自行车有限公司的依莱达牌、浙江卧龙科技股份有限公司的卧龙牌。由于电动自行车是耐用交电产品，购车时不仅要注意其品牌和售后服务信誉，还要注重销售商的商业信誉。

四 怎样使用和保养电动自行车

1 电动自行车的最大限制时速小于20公里，因此使用时应在自行车道行驶，以保证安全。每次使用前，应检查轮胎气压是否充足，车把转向及刹车是否灵活可靠，电池箱的电气插座、插头是否松动。

2 由于电动自行车加速较快，为保证安全，行车时最好脚踏骑行到稳定的速度后再启动电机加速，