VRLA铅蓄电池各种失效机理与内阻异常关系分析与研究.docx

第26卷第12期河南科学V01．26 No．122008年12月HENAN SCIENCEDec．2008文章编号：1004-3918(2008)12—1467--04VRLA铅蓄电池各种失效机理与 内阻异常关系分析与研究． 汤夏平(北京大学物理学院，北京100871)摘要：影响VRLA铅蓄电池质量和使用寿命的因素有多种，自诞生以来，一直采用检测和监视其电压的方法来判 定电池的质量和使用寿命．经过各种因素的分析，认为VRLA铅蓄电池的内阻是一个判定质量和使用寿命的敏感参 数．在实际运行中也发现，蓄电池内阻发生变化，弘然导致其放电能力的下降．文中对现有不同内阻测试方法进行 了分析，对现有电池模型提出了质疑．关键词：VRLA铅蓄电池寿命；电池模型；内阻测试方法 中图分类号：TM 912．1 文献标识码：AvRLA铅蓄电池(Valve．regulated)在上个世纪50年代进入市场，以其体积小，重量轻，放电性能好，维护 量小等特点，迅速成为各种固定设备的主流备用电源．目前，它的主要应用领域有11J：汽车和摩托车行业，工 业电力系统，电动汽车和电动自行车行业，军工领域和网络系统．总之，VRLA铅蓄电池已经涉及国民经济 领域的方方面面．1 VRLA铅蓄电池的基本结构VRLA铅蓄电池由正极群、负极群、隔板、电解液、电池槽和盖(包含排气阀)组成[21．其作用如下：1．1正极群 由多片正极板并联焊接而成．电池的容量Q=nq(其中／t是并联极板数，q是每块极板的容量)． 每片正极板都是由正极活性物质和正栅板组成的．正极活性物质的主要成分是棕色的PbO：，正栅板则是由 铅钙合金浇铸出来的．1．2负极群 由多片负极板并联焊接而成．通常一个整极群中的负极板片数比正极板多一片．每片负极 板是由负活性物质和负板栅组成的．负活性物质的主要成分是灰色的多孔性Pb，负栅板则也是由铅钙合金 浇铸出来的．1．8隔板主要是为了防止正负极板短路，此外还具有储存电解液的作用，在电池充电过程中可以为正极板 上产生的氧提供到达负极的通道．目前jVRLA铅蓄电池普遍采用玻璃纤维隔板AGM(Absorbent Glass Mat)．1．4 电解液任何一种化学电源都必不可少的组成部分，VRLA铅蓄电池采用贫液式设计，以稀硫酸作为电解液．1．5电池槽和盖直接决定了电池的外形和尺寸，实际中两者完全密封．1．6排气阀VRLA铅蓄电池的特有部件，其主要作用是切断电池内部和外部之间的通路．因为VRLA铅 蓄电池在静止，浮充使用和充电过程中会有少量的气体析出，长时间累积下去会使电池内部压力增大，影响 电池性能．因而设计排气阀使蓄电池内部气体压力过大时，气体可以自动从排气阀逸出．2 V砌A铅蓄电池内部的各种反应VRLA铅蓄电池同样遵循铅蓄电池成流反应的“双硫酸盐化理论’翻，放电时正、负极都产生PbSO。．但 电池在充电过程中，尤其是过充电的情况下还会出现一些对蓄电池有害的副反应㈣(见图1)．2．1 电化学成流反应放电时，负极的活性物质Pb失去电子变成Pb“，然后与H2SO。反映生成PbSO。．Pb 失去的电子则通过电路到达正极，将正极活性物质PbO：还原成Pb2+．再与H：S04反应生成PbSO。，完成电 池的放电过程．具体反应方程式如下：收稿日期：2008—10-18 基金项目：国家科技型中小企业技术创新基金项目(08C26214101060)；河南省科学院重点培育项目 作者简介：汤夏平(1986一)，男，河南郑州人．万方数据一1468一河南科学第26卷第12期正极上反应：Pb02+3H++HS04-+2e=PbS04+2H20， (1) 负极 正极放电总反应(1)+(2)：Pb+Pb02+2H2S04=2PbS04+2H20，(3) 1 02一 ：：二二：：：二竺．02导卅隔板负极上反应：Pb+HS04=PbS04+H++2e， (2) 门H2一一一一一。0“≥十r充电时，具体反应方程式如下：正极上反应：PbS04+2H20=Pb02+HS04-+3H++2e，(4) 负极上反应：PbS04++H++2e=Pb+HS04-， (5) 充电总反应(1)+(2)：2PbS04+2H20=Pb+Pb02+2H2S04．(6)2．2 电池内部的氧循环 由于采用稀H：SO。作电解液，VRLA铅 比黝 H+-一 ；一栅板腐蚀蓄电池的开路电压(2．10 V)已高于水的分解电压1．23 V．只是由于 析氧反应 ／； Pb+21t20=4H++4e=2H，电解质 PbO，+4H++4eH：和O：在Pb和PbO：上的析出超电势与水的分解电压之和略高于电池的开路电压，才使得VRI．A铅蓄电池能够正常工作． 图1 VRLA铅蓄电池内部反应的示意图Fig．1 Interna