車用鉛酸蓄電池的失效分析與正確使用維護

李治亮（中國人民解放軍蚌埠汽車士官學校,安徽　蚌埠　233011）

車用鉛酸蓄電池的失效分析與正確使用維護

李治亮
（中國人民解放軍蚌埠汽車士官學校,安徽蚌埠233011）

摘要：針對鉛酸蓄電池作為車輛的起動電源應該廣泛，易于損壞的特點，介紹了鉛酸蓄電池的工作原理，分析了其常見的失效原因，并據此提出了鉛酸蓄電池正確使用與維護的原則，為提高鉛酸蓄電池電池使用質量，延長其使用壽命提供參考。

關鍵詞：鉛酸蓄電池；失效分析；正確維護

蓄電池是車輛用電設備的動力源，充電時將電能轉化為化學能儲存在電池內，放電時將電池內存儲的化學能轉化為電能，車輛使用中為整車用電設備供電，同時在供電系統中還起到穩定電壓的作用。車用蓄電池通常分為鉛酸蓄電池和鎳堿蓄電池，現代車輛上廣泛采用結構簡單、內阻小，起動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量有關，正確的使用和維護也能夠顯著提高蓄電池的使用壽命和效率。

1　鉛酸蓄電池的結構和工作原理

1.1鉛酸蓄電池的基本結構

鉛酸蓄電池主要由電池槽、正極板、負極板、隔板、聯接條、極樁和電解液組成。蓄電池的主要電能轉換部件是正、負極板和電解液。正、負極板采用具有較高強度和抗氧化性能的鉛銻合金矩形框架，框內布置有縱橫交錯的金屬網格。正極板由棕色海綿狀二氧化鉛（PbO2）活性物質填充在網格中，負極板網格由青灰色海綿狀純鉛（Pb）填充。正、負極板相互嵌合，中間為防止短路，插入由塑料或玻璃纖維制成的網狀隔板。電池槽是由耐腐蝕的硬質塑料壓鑄而成，用來盛裝電解液和正、負極板，12V蓄電池電解槽通常由6個單元格串聯而成。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，我國南方地區電解液比重γ 為1.20～1.25g/cm3，北方地區其比重為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能反復轉換的過程。蓄電池充電時，在外電場的作用下，在正負極板中的硫酸析出進入電解液，電解液中的硫酸濃度增加，同時正極板主要成分變為PbO2，負極板變為純Pb。在放電時，負極板Pb與電解液中的SO42-離子反應生成PbSO4，并釋放電子經負載進入正極形成電流，同時正負極PbO2得到電子并與SO42-反應生成PbSO4，其反應可以用下式表示。

2　車用鉛酸蓄電池常見的失效原因

2.1極板的硫化

蓄電池過度放電或長期處于虧電狀態時，電池極板上就會有結晶粗大的PbSO4存在，電池內阻增加，極板活性物質的孔隙會被其堵塞，電解液難以滲入到活性物質內部，并且PbSO4長期存在也會導致其失去活性，不能再參與化學反應，造成電池容量降低，甚至消失，這一現象被稱為活性物質的硫化。已經硫化的電池，充電時電解液溫度會迅速升高，充電初期常出現大量氣泡，電壓很高，但是電解液密度上升緩慢，充電結束后密度比正常電池低，放電時電池電壓下降較快，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就是充電時水的電解，并以氣體的形式從加液口排出。當充電達到一定電壓時，蓄電池正極放出氧氣，負極放出氫氣，造成蓄電池電解液中水分的減少。電池失水會使電解液比重增加，過強的電解液酸性使正極板孔隙率增高，導致電池正極柵板的腐蝕。同時電解液的相對變少，使參與化學反應的活性物質減少，硫酸比重也相對變高，造成容量降低、電池的硫化相對嚴重，因此失水會加劇蓄電池的硫化。

2.3正極板腐蝕脫落

正極活性物質之間以及正極活性物質與板柵之間失去結合力，并逐漸脫落，是鉛酸蓄電池的主要失效模式之一。放電過程中活性物質PbO2還原成PbSO4，二者的形狀和結構完全不同，PbSO4的摩爾體積要高于PbO2，電池放電較少時，正極板內部骨架仍然是結合力較強的PbO2，但是當深度放電后，正極板內部的活性物質變成較為疏松的PbSO4，在充電時外部的PbO2又會沉積在PbSO4上，如此反復，活性物質的連接發生改變，顆粒之間失去結合力，造成了活性物質脫落的可能性增加，正極出現軟化，伴隨著車輛的顛簸，加劇了活性物質的脫落。

2.4熱失控

熱失控是指蓄電池在恒壓充電時，充電電流和電池溫度發生一種積累性的相互增強促進作用，并逐步損壞蓄電池的現象。熱失控的直接后果是電池外殼鼓脹、漏氣、電池容量下降，最終導致電池失效。造成熱失控主要因素是過充電壓，電池在過充電時會電解水產生氧氣和氫氣，氣體在負極復合時又會產生大量的熱，加劇電池的升溫。

3　鉛酸蓄電池的正確使用與維護

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的恢復。深度放電蓄電池定電流充電初期采用電池容量的1/10A進行充電，此時電流的大小和活性物質轉換速度相適應，電流利用率較高，當充電達到容量75%左右時，極板表面的活性物質轉換基本完成，未轉化的PbSO4大部分在極板深處，轉換速度變慢，此時應將電流減半再進行充電。

3.2蓄電池正確使用

蓄電池在使用中應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。不同的電池在串聯使用時，由于電壓和容量的不同，部分電池會發生過度放電，因此在使用電池時不要將舊電池或不同型號、品牌的電池混用。

新蓄電池加液后就應該使用，電池一旦加入電解液后長期不用，由于自放電特性，電池就會逐漸硫酸化。車輛長期擱置不用，應將蓄電池極柱上的電源線取掉一根，使汽車整個直流電路斷開，防止暗電流對蓄電池的放電影響，同時每三個月對電池進行一次充電。

蓄電池安裝時應進行固定，否則蓄電池接線柱易出現松動，加劇蓄電池外殼的磨損，同時由于蓄電池的顛簸晃動造成電解液的滲漏，腐蝕車輛。在固定蓄電池時還應防止電池被擠壓變形，避免電池內部短路，固定電池的襯墊、連接螺母、螺栓、墊圈和連接線應松緊適度、均勻，避免螺栓松動或過緊。

4　結束語

了解鉛酸蓄電池的結構組成，總結并分析其常見的失效原因，從而可以避免由于不正確的使用對蓄電池質量和壽命的影響，遵循正確使用原則，對于延長其使用壽命和節省能源、保護環境具有重要意義。

作者簡介：李治亮（1988-），安徽潁上人，碩士，主要從事：汽車工程專業方向的教學與研究，