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赛特蓄电池充电常见四种错误观念
很多人使用赛特蓄电池时,都没有太多的注意,以为买回来就用,没电就充电,根本没有合理使用而造成赛特蓄电池寿命减短,把责任推给厂家。最常见的有四个充电错误观念
一、新赛特蓄电池不进行初充电
赛特蓄电池的第一次充电称为初充电,初充电对赛特蓄电池的使用寿命和电荷容量有很大的影响。若充电不足,则赛特蓄电池荷电容量不高,使用寿命也短,充电次数也增多;若充电过量,则赛特蓄电池电气性能虽然好,但也会损害赛特蓄电池本身,缩短它的使用寿命,所以新赛特蓄电池要小心谨慎地进行初充电。
对于普通蓄电池在使用前一定要按充电规范进行初充电。对于干荷电铅蓄电池,正常按使用说明书的在规定的两年储存期内若需使用,只要加入规定密度的电解液搁置15min,不需要充电即可投入使用。但是,如果储存期超过两年,由于极板上有部分氧化,为了提高其电荷容量,使用前应进行补充充电,充电5小时-8小时后再用。
二、赛特蓄电池过量充电
上一点已经讲术过赛特蓄电池初充电不宜过量充电,但正常使用后,经常过量充电,即使充电电流不大,但电解液长时间“沸腾”,除了活性物质表面的细小颗粒易于脱落外,还会使栅架过分氧化,造成活性物质与栅架松散剥离。
三、赛特蓄电池不进行补充充电
这是对于起动型蓄电池而说,有些驾驶员常忽视对在用车蓄电池的补充充电。由于蓄电池在车上充电不彻底,易造成极板硫化;同时,在使用中充、放电的电量是不平衡的,倘若放电大于充电而使蓄电池长期处于亏电状态,赛特蓄电池极板就会慢慢硫化。这种慢性硫化,会使赛特蓄电池电荷容量不断降低,直到起动无力,大大缩短赛特蓄电池的使用寿命。为赛特蓄电池极板上的活性物质及时得到还原,减少极板硫化,提高赛特蓄电池电荷容量,延长其使用寿命,对在用车蓄电池应定期进行补充充电。
四、充电时极性充反
由于赛特蓄电池正负极板材料不同,除了活性物质外,负极板还添加了硫酸钡、腐殖酸、炭黑和松香等材料,用来防止负极板收缩和氧化。另外,每个单格蓄电池的负极板数又总是比正极板数多一片,而且负极板比正极板略薄。当进行蓄电池的初充电或补充充电时,若不注意极性,会使赛特蓄电池充反,使正、负极几乎都变成粗晶粒的PbSO4,造成赛特蓄电池电荷容量不足,不能正常工作,甚至导致赛特蓄电池报废。因此,充电时一定要注意极性,切不可极性充反。
充电标准的迷失
下面进入本文讨论的核心问题,蓄电池从发明使用至今,电池出厂携带的说明书和外壳上标注的容量值安时(A.h),就是人们使用蓄电池首先要选择的最重要的一个参数,更是蓄电池日后使用中,衡量过放电、过充电、与欠充电的标准。
作为标准,容量值安时(A·h)必须具备的条件是:不论蓄电池使用条件、环境、时间如何变化,至少蓄电池应在设计使用的寿命期间内,容量安时(A·h)值应是稳定不变的。又因容量的大小,除了是人们在使用中保障给工作负载提供足够能量的必要条件外,更是所谓蓄电池完全放电后,为保障蓄电池的使用安全与合理,选择充电器输出电流大小的唯一依据。充电器一经选定后,蓄电池日后放电后的充电过程,就只能按出厂标注的容量安时值(A·h)所确定的电流、电压、时间和程序,完成对蓄电池恢复容量的充电。蓄电池在人们的日常使用中是不是具有容量安时(A.h)值不变的原则和特性。前面从容量方程到测量困难和不确定因素的产生已谈了很多了,为了进一步说明问题,有必要将重点问口再简要重复一下。用户手中的蓄电池,由于使用环境的变化,使用时间长短的不同,放电电流大小的不同等原因,蓄电池在充电前容量的剩余值,人们是无法准确掌握的。退一步讲,就算用户每次的使用,能准确测出负载上用去了蓄电池多少容量值,由于蓄电池的标注容量在不同环境下的漂移与不稳定,使用过程中蓄电池的内阻等产生的热损耗不能准确获知,容量安时值(A·h)随蓄电池使用过程不同,存在不同的下降等。人们也根本不可能准确掌握蓄电池充电前真正的实际容量值。更关键的是,蓄电池容量快速实时的测量方法至今人们还不知它在何处,稳定不变的容量值标准,只是人们想象中的一个虚值,好比阿基米德要用来挑动地球的支点和杠杆,客观上并不存在。实际使用中的蓄电池充电前出现剩余容量为出厂标注容量的5%至50%,甚至80%等各种不同的情况,由于蓄电池使用中众多不确定因素的存在,应是经常出现和不可避免的。这样看来,蓄电池每次使用后实际需要补充的容量值安时(A·h),与作为标准使用的出厂标注值已经出现了很大的差别。过去当作充电标准遵循的蓄电池标注容量值安时(A.h),此时的合理性与科学性已经不再存在。造成了实际上蓄电池充电标准的丧失。这一丧失,也使按蓄电池出厂标注容量值选定的充电器的科学性与合理性也已经荡然无存。所以人们实际使用中的蓄电池,经常出现热失控,被充电充出问题,实在是事出有因。
如果人们对以上的看法和论述还有疑问,那么我们再来举一个常见的实例,供大家去调查、观察、和思考。当前我国发展较快的轻型电动车市场上,经常用到的塑料外壳阀控式蓄电池组,不论配用的是恒流或恒压方式的充电器,还是现在流行的多段式充电器,使用一年甚至几个月,大量电池就出现失水胀肚的报废原凶,归根结底,大都是由蓄电池使用中充电标准丧失后,产生了严重的过充电导致热失控造成的。
最近,几家全球著名计算机公司大批召回笔记本电脑所用日本索尼公司生产的锂电池,而且异口同声的理由就是热失控。热失控在不同蓄电池使用上的长期存在,已是一个不容忽视和回避的客观事实,同时也是今天蓄电池技术发展上最令人伤透脑筋与捉摸不透、最难突破的技求难题。我们认为,热失控问题产生的主要原因,无疑是蓄电池在传统充电理论指导下失去了充电标准所产生的结果。
赛特蓄电池容量在使用过程中不确定性产生的原因
一般说来蓄电池在用户实际的使用过程中不同于实验室做实验,对环境温度、负载等条件有严格的规定。在一个变化很大的使用环境中,一般化学产品存在的不稳定性蓄电池也不会例外,必然导致有关蓄电池参数,其中包括容量参数在内存在一定范围的不确定性变化。
前面还淡到蓄电池的容量不是单值数,其大小依从于测量的条件,即使在实验室,同一只充满电的蓄电池用2C和0.5C等不同的电流放电,容量也有很大的不同,这已是一般的常识。用户在实际使用蓄电池时,实际的负载是一个大范围变化的负载,如其在电动交通产品上存在着很大的不确定性。
使用蓄电池,如同驾驶汽车使用燃油,不可能做到汽车每天行驶的路况,距离、速度、载重等都一样,也不可能每天在十字路口等红灯的时间也一样,因此,汽车每天所耗燃油量并不一样。蓄电池的使用与此极为相似,因为使用中的蓄电池,每天在使用中遇到的不确定因素,不但是使用前难以预料的,如果联系到前面谈到的蓄电池容量测量的困难,就不难想到使用过程中也是无法准确获知的。因此,蓄电池放电使用后到底余下了多少容量是不可能精确知道的。
不仅如此,它还与以下的问题有关:蓄电池储能系统,不同于燃油车储存能量物质的方式。燃油车从油箱中取出燃油送入发动机燃烧室时的损耗极小,可以忽略。因此油箱中的剩余油量是很容易获知的。蓄电池则不然,它在提供电流输出到工作负载的同时,蓄电池内阻与接触电阻上存在着不能忽略的能量损耗。而且,这种损耗的大小,与蓄电池能量输出的大小、时间成正比的关系。并且以热能的方式向周围空间发散。一般条件下,这种发散损耗与电池周围的温度、空气流速和散热条件有关,是很难精确测量的。
因此,蓄电池每次使用后到底余下了多少容量,也就具有了很大的不确定性。这一客观存在的事实,正好有力回答了前面SOC测量法方程中负载上测得的Cr值,不能用来代表日常使用中蓄电池实际容量的消耗值,这也从另一方面对SOC测量法缺乏科学依据,作出了较为客观与合理的回答。
客观地讲,还有一点值得人们关注的是,蓄电池的能量储存与汽车的一般型式的能量储存方式,是有本质差别的。汽口的油箱一但成为产品后,除非有意外的情况发生,储存燃油物质的容积一般是不会随环境发生变化的。蓄电池则不同,成为产品后虽然外型结构看上去不会随环境有太大的变化,但储存电能的大小和能力却是随外界环境变化的。这也是蓄电池储能系统令人难以掌控的复杂问题之一。
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正极活性物质软化脱落
赛特蓄电池在循环使用条件下,赛特电池的失效主要是由正极活性物质(PAM)的软化、脱落所致。
赛特电池循环过程中,正、负极活性物质经历了可逆的溶解再沉积过程,改变了多孔二氧化铅电极的结构。尤其对二氧化铅电极,可能会引起表观体积的增加,改变颗粒和孔尺寸的分布,多孔二氧化铅结构中颗粒之间的机械结合性能和导电性能降低,随着循环的继续,这种情况还会进一步的恶化,结果使得该区域的活性物质软化和脱落。
(2)放电电流赛特蓄电池寿命影响
在光伏系统中,赛特蓄电池的放电电流非常小。在小电流条件下形成的PbSO4比大电流条件下形成的PbSO4转化困难得多。这是由于在小电流条件下形成的PbSO4结晶颗粒要比大电流条件下形成的PbSO4结晶颗粒粗大,粗大的PbSO4结晶颗粒减少了PbSO4的有效面积,这样在再充时加速了极板极化, 导致PbSO4转化困难,随着循环的继续,这种情况还会更加加剧,结果使得极板充不进电,最后导致赛特蓄电池寿命终止。
(3) 深度放电后赛特蓄电池容量恢复
在光伏系统中,赛特蓄电池的放电率要比赛特蓄电池应用在其它场合低,通常介于C20~C240,甚至更低。小电流下深度放电意味着极板上的活性物质将得到更充分的利用。在很多光伏系统中,通常不会发生深度放电,除非充电系统出现故障或者持续长时间的坏天气。在这种情况下,假如赛特蓄电池得不到及时的再充电,硫化题目将更加严重,进一步导致容量损失。
(4)酸分层对赛特蓄电池寿命影响
电解液分层现象是由于重力的作用在电池的充放电过程中产生的,即充电时正负极板表面都产生H2SO4,它的密度大,因重力的作用而下沉。在放电时,正负极板表面均消耗H2SO4,故表面液层密度小, 低密度的电解液顺着极板间上升,而极群上部高密度的电解液则从极群侧面向下流,电解液活动的结果造成了上部密度低、下部密度高。分层现象的产生对赛特蓄电池的使用寿命和容量均产生不利影响,加速了板栅的腐蚀和正极活物质的脱落,导致负极板硫酸盐化。
(5)电液密度对赛特蓄电池寿命的影响
电解液的浓度不仅与赛特蓄电池的容量有关,而且与正极板栅的腐蚀和负极活性物质硫酸盐化有关。过高的硫酸浓度加速了正极板栅的腐蚀和负极活性物质硫酸盐化,并导致失水加剧。
(6)板栅合金的影响
赛特蓄电池,由于长期使用,正极板栅会在电解液的作用下逐步腐蚀并长大,板栅的长大使活物质和板栅的结合性降低,从而导致赛特电池容量逐渐丧失。这种正极板栅的腐蚀和长大主要受板栅的合金组成、电解液密度以及板栅筋条外形等因素的影响。
在赛特蓄电池充电过程中,板栅和活性物质的接口上形成非导电层,这些非导电层或低导电性层在板栅和PAM界面引起了高的阻抗,导致充放电时发热和板栅四周PAM膨胀,从而限制了电池的容量(即所谓的PCL效应)。
(7)极板的厚度的影响
极板的厚度应属于赛特电池设计方面的题目,一般来说,较厚极板的循环寿命要长于较薄极板,而活性物质利用率相比之下要差一些。但有利于循环循环寿命的延长。
(8)装配压力的影
装配压力对VRLA电池寿命有很大影响,AGM隔板弹性差,组装时,极群不加压或压力过小,隔板和极板之间不能保持良好的接触,赛特电池容量大大下降。
在循环过程中,活性物质的膨胀、疏松、脱落是电池寿命提前终结的原因之一,而采用较高的装配压力可以防止活性物质在深循环过程中的膨胀。若装配压力太低,还会导致隔板过早地与极板分离,引起电液传输困难,赛特电池内阻迅速增大,轻易导致蓄电池寿命终止。因此,采用较高的装配压力是电池具有长循环寿命的保证。
(9)温度的影响
高温对赛特蓄电池失水干涸、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用,低温会引起负极失效,温度波动会加速枝晶短路等等,这些都将影响赛特电池寿命。在一定环境温度范围放电时,使用容量随温度升高而增加,随温度降低而减小。在环境温度10~45℃范围内,铅蓄电池容量随温度升高而增加,如阀控密封铅蓄电池在40℃下放电电量,比在25℃下放电的电量大10%左右,但是,超过一定温度范围,则相反,如在环境温度45~50℃条件下放电,则电池容量明显减小。低温(<5℃)时,电池容量随温度降低而减小,电解液温度降低时,其粘度增大,离子运动受到较大阻力,扩散能力降低;在低温下电解液的电阻也增大,电化学的反应阻力增加,结果导致蓄电池容量下降。其次低温还会导致负极活性物质利用率下降,影响赛特蓄电池容量,如赛特电池在-10℃环境温度环境温度下放电时,负极板容量仅达35%额定容量。
通常情况下,若在25℃条件下使用时,赛特蓄电池的寿命为3年,那么30℃条件下使用时,就下降至2.5年;40℃时就下降至1.5年。即以25℃为基准,每升高10℃,其使用寿命缩短一半。