李治亮（中國(guó)人民解放軍蚌埠汽車(chē)士官學(xué)校,安徽　蚌埠　233011）

車(chē)用鉛酸蓄電池的失效分析與正確使用維護(hù)

李治亮
（中國(guó)人民解放軍蚌埠汽車(chē)士官學(xué)校,安徽蚌埠233011）

摘要：針對(duì)鉛酸蓄電池作為車(chē)輛的起動(dòng)電源應(yīng)該廣泛，易于損壞的特點(diǎn)，介紹了鉛酸蓄電池的工作原理，分析了其常見(jiàn)的失效原因，并據(jù)此提出了鉛酸蓄電池正確使用與維護(hù)的原則，為提高鉛酸蓄電池電池使用質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命提供參考。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；失效分析；正確維護(hù)

蓄電池是車(chē)輛用電設(shè)備的動(dòng)力源，充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)，放電時(shí)將電池內(nèi)存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，車(chē)輛使用中為整車(chē)用電設(shè)備供電，同時(shí)在供電系統(tǒng)中還起到穩(wěn)定電壓的作用。車(chē)用蓄電池通常分為鉛酸蓄電池和鎳堿蓄電池，現(xiàn)代車(chē)輛上廣泛采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、內(nèi)阻小，起動(dòng)性能較好的鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池使用的好壞不僅與電池本身質(zhì)量有關(guān)，正確的使用和維護(hù)也能夠顯著提高蓄電池的使用壽命和效率。

1　鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)

鉛酸蓄電池主要由電池槽、正極板、負(fù)極板、隔板、聯(lián)接條、極樁和電解液組成。蓄電池的主要電能轉(zhuǎn)換部件是正、負(fù)極板和電解液。正、負(fù)極板采用具有較高強(qiáng)度和抗氧化性能的鉛銻合金矩形框架，框內(nèi)布置有縱橫交錯(cuò)的金屬網(wǎng)格。正極板由棕色海綿狀二氧化鉛（PbO2）活性物質(zhì)填充在網(wǎng)格中，負(fù)極板網(wǎng)格由青灰色海綿狀純鉛（Pb）填充。正、負(fù)極板相互嵌合，中間為防止短路，插入由塑料或玻璃纖維制成的網(wǎng)狀隔板。電池槽是由耐腐蝕的硬質(zhì)塑料壓鑄而成，用來(lái)盛裝電解液和正、負(fù)極板，12V蓄電池電解槽通常由6個(gè)單元格串聯(lián)而成。蓄電池的電解液是由純凈的蒸餾水和硫酸按照一定的比例配制而成，溫度為20℃時(shí)，我國(guó)南方地區(qū)電解液比重γ 為1.20～1.25g/cm3，北方地區(qū)其比重為1.28～1.30g/cm3。

1.2鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池工作是電能和化學(xué)能反復(fù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程。蓄電池充電時(shí)，在外電場(chǎng)的作用下，在正負(fù)極板中的硫酸析出進(jìn)入電解液，電解液中的硫酸濃度增加，同時(shí)正極板主要成分變?yōu)镻bO2，負(fù)極板變?yōu)榧働b。在放電時(shí)，負(fù)極板Pb與電解液中的SO42-離子反應(yīng)生成PbSO4，并釋放電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極形成電流，同時(shí)正負(fù)極PbO2得到電子并與SO42-反應(yīng)生成PbSO4，其反應(yīng)可以用下式表示。

2　車(chē)用鉛酸蓄電池常見(jiàn)的失效原因

2.1極板的硫化

蓄電池過(guò)度放電或長(zhǎng)期處于虧電狀態(tài)時(shí)，電池極板上就會(huì)有結(jié)晶粗大的PbSO4存在，電池內(nèi)阻增加，極板活性物質(zhì)的孔隙會(huì)被其堵塞，電解液難以滲入到活性物質(zhì)內(nèi)部，并且PbSO4長(zhǎng)期存在也會(huì)導(dǎo)致其失去活性，不能再參與化學(xué)反應(yīng)，造成電池容量降低，甚至消失，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為活性物質(zhì)的硫化。已經(jīng)硫化的電池，充電時(shí)電解液溫度會(huì)迅速升高，充電初期常出現(xiàn)大量氣泡，電壓很高，但是電解液密度上升緩慢，充電結(jié)束后密度比正常電池低，放電時(shí)電池電壓下降較快，電池不能正常使用。

2.2蓄電池失水

鉛酸蓄電池密封的難點(diǎn)就是充電時(shí)水的電解，并以氣體的形式從加液口排出。當(dāng)充電達(dá)到一定電壓時(shí)，蓄電池正極放出氧氣，負(fù)極放出氫氣，造成蓄電池電解液中水分的減少。電池失水會(huì)使電解液比重增加，過(guò)強(qiáng)的電解液酸性使正極板孔隙率增高，導(dǎo)致電池正極柵板的腐蝕。同時(shí)電解液的相對(duì)變少，使參與化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)減少，硫酸比重也相對(duì)變高，造成容量降低、電池的硫化相對(duì)嚴(yán)重，因此失水會(huì)加劇蓄電池的硫化。

2.3正極板腐蝕脫落

正極活性物質(zhì)之間以及正極活性物質(zhì)與板柵之間失去結(jié)合力，并逐漸脫落，是鉛酸蓄電池的主要失效模式之一。放電過(guò)程中活性物質(zhì)PbO2還原成PbSO4，二者的形狀和結(jié)構(gòu)完全不同，PbSO4的摩爾體積要高于PbO2，電池放電較少時(shí)，正極板內(nèi)部骨架仍然是結(jié)合力較強(qiáng)的PbO2，但是當(dāng)深度放電后，正極板內(nèi)部的活性物質(zhì)變成較為疏松的PbSO4，在充電時(shí)外部的PbO2又會(huì)沉積在PbSO4上，如此反復(fù)，活性物質(zhì)的連接發(fā)生改變，顆粒之間失去結(jié)合力，造成了活性物質(zhì)脫落的可能性增加，正極出現(xiàn)軟化，伴隨著車(chē)輛的顛簸，加劇了活性物質(zhì)的脫落。

2.4熱失控

熱失控是指蓄電池在恒壓充電時(shí)，充電電流和電池溫度發(fā)生一種積累性的相互增強(qiáng)促進(jìn)作用，并逐步損壞蓄電池的現(xiàn)象。熱失控的直接后果是電池外殼鼓脹、漏氣、電池容量下降，最終導(dǎo)致電池失效。造成熱失控主要因素是過(guò)充電壓，電池在過(guò)充電時(shí)會(huì)電解水產(chǎn)生氧氣和氫氣，氣體在負(fù)極復(fù)合時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量的熱，加劇電池的升溫。

3　鉛酸蓄電池的正確使用與維護(hù)

3.1蓄電池充電原則

蓄電池充電的方法一般有定電流充電、定電壓充電和快速充電三種方法。對(duì)于深度放電的蓄電池一般采用定電流充電，有利于少量硫化活性物質(zhì)的恢復(fù)。深度放電蓄電池定電流充電初期采用電池容量的1/10A進(jìn)行充電，此時(shí)電流的大小和活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換速度相適應(yīng)，電流利用率較高，當(dāng)充電達(dá)到容量75%左右時(shí)，極板表面的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換基本完成，未轉(zhuǎn)化的PbSO4大部分在極板深處，轉(zhuǎn)換速度變慢，此時(shí)應(yīng)將電流減半再進(jìn)行充電。

3.2蓄電池正確使用

蓄電池在使用中應(yīng)保持外表清潔要防止金屬雜物落入蓄電池蓋上，以免引起極柱短路而損壞蓄電池。不同的電池在串聯(lián)使用時(shí)，由于電壓和容量的不同，部分電池會(huì)發(fā)生過(guò)度放電，因此在使用電池時(shí)不要將舊電池或不同型號(hào)、品牌的電池混用。

新蓄電池加液后就應(yīng)該使用，電池一旦加入電解液后長(zhǎng)期不用，由于自放電特性，電池就會(huì)逐漸硫酸化。車(chē)輛長(zhǎng)期擱置不用，應(yīng)將蓄電池極柱上的電源線取掉一根，使汽車(chē)整個(gè)直流電路斷開(kāi)，防止暗電流對(duì)蓄電池的放電影響，同時(shí)每三個(gè)月對(duì)電池進(jìn)行一次充電。

蓄電池安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行固定，否則蓄電池接線柱易出現(xiàn)松動(dòng)，加劇蓄電池外殼的磨損，同時(shí)由于蓄電池的顛簸晃動(dòng)造成電解液的滲漏，腐蝕車(chē)輛。在固定蓄電池時(shí)還應(yīng)防止電池被擠壓變形，避免電池內(nèi)部短路，固定電池的襯墊、連接螺母、螺栓、墊圈和連接線應(yīng)松緊適度、均勻，避免螺栓松動(dòng)或過(guò)緊。

4　結(jié)束語(yǔ)

了解鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)組成，總結(jié)并分析其常見(jiàn)的失效原因，從而可以避免由于不正確的使用對(duì)蓄電池質(zhì)量和壽命的影響，遵循正確使用原則，對(duì)于延長(zhǎng)其使用壽命和節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

作者簡(jiǎn)介：李治亮（1988-），安徽潁上人，碩士，主要從事：汽車(chē)工程專(zhuān)業(yè)方向的教學(xué)與研究，