鉛酸蓄電池鼓包原因及防治措施

常玉華 華 平 張麗娟

（1.鄭州鐵路職業技術學院電氣工程系，河南 鄭州 450052；2.河南科技大學車輛與交通工程學院，河南 洛陽 471003）

1 鉛酸蓄電池的結構與工作原理

1.1 鉛酸蓄電池的結構

閥控密封式鉛酸蓄電池的基本結構如圖1所示。鉛酸蓄電池通常由多個單體電池串聯而成，單體電池由容器、正負極板、隔離板和電解液等主要部分組成（見圖2）［1］。

圖1 閥控鉛酸蓄電池的基本結構

圖2 閥控鉛酸蓄電池的內部結構

1.1.1 極板。極板采用柵架式結構，其作用是支撐活性物質和導電。正極板上的活性物質是二氧化鉛（PbO2），呈棕紅色；負極板上的活性物質是海綿狀的金屬鉛（Pb），呈深灰色。極板的活性物質涂抹在鉛銻合金柵架上。為了增大蓄電池的容量，正、負極板交錯重疊放在電池槽內。

1.1.2 隔板。隔板是夾在正、負極板之間的絕緣板，其作用是防止正、負極板短路。隔板具有多孔性以使電解液通暢無阻，其有槽的一面對著正極板，以保持正極板周圍有充足的電解液。隔離板的種類主要有合成樹脂纖維隔板、玻璃纖維隔板等。

1.1.3 電解液。鉛酸蓄電池的電解液是由專用純硫酸（H2SO4）和蒸餾水（H2O）配制而成的。其作用是給正負電極之間流動的離子創造一個液體環境，即充當離子流動的介質作用。

1.1.4 殼體（電池槽）。殼體一般用硬橡膠或塑料等耐酸材料制成，殼體上裝有安全排氣閥，當電池內部壓力超過閾值時會自動開啟，保證使用安全。

1.1.5 采用密封式閥控濾酸結構，電解液不會泄漏，使酸霧不能逸出，達到安全目的。

1.2 鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池的充、放電過程是靠正、負極板上的活性物質和電解液之間的電化學反應來實現的。充電過程是電池將外電路提供的電能轉化為化學能儲存起來；放電過程是電池將化學能轉變為電能輸出。

蓄電池按如下化學公式［2］進行工作，完成電能與化學能的轉化。

負極反應：

正極反應：

PbO2+3H+++2e?PbSO4+2H2O

總反應：

PbO2+Pb+2H2SO4?2PbSO4+2H2O

反應方程式從左向右為放電過程，從右向左為充電過程。從方程中可以看出鉛酸電池的充放電反應互為逆反應，這樣鉛酸電池就成了可重復使用的蓄電池。

當蓄電池進行放電反應時，電池的正、負極通過負載而聯結起來，在電解液中，則有正、負離子分別流向負、正電極，構成了離子電流。由于電流的流通，在正負極板上引起一定的化學反應，正負極板上的活性物質PbO2和Pb都要轉為硫酸鉛，而電解液中的硫酸則要轉化生成水，硫酸的濃度不斷降低。蓄電池放電反應后，正極和負極做功均生成硫酸鉛。

進行充電時，蓄電池正負極板上的化學反應正好和放電時相反，硫酸鉛和水轉變為硫酸和二氧化鉛，硫酸濃度不斷升高，從而完成電能與化學能的轉化。

2 鉛酸蓄電池鼓包原因分析

2.1 溫度影響

鉛酸蓄電池充電時如果體內溫度過高，必然產生大量氣體，壓力急劇增加，致使電池發生鼓包。產生溫度過高的主要原因主要有。

2.1.1 過充電。實踐證明，過充電是影響蓄電池壽命的最主要原因。鉛酸蓄電池的充電過程本來就是一個放熱反應，充電時電池的正極析氧，極板深處生成的氧氣從電極表面逸出，增大了殼體內的壓力；當出現過充電情況時，電解水反應明顯加快，正極析出氧氣，負極析出氫氣，且氧氣量大于陰極的吸收能力，產生大量氣體，從而使電池內壓增大。如果過長時間的充電，會讓氧氣和氫氣再次復合為水，這個反應又是放熱反應，使得蓄電池的溫度越來越高，浮充電流和析氣量增大，形成惡性循環。同時因水的電解，從而導致正極附近酸度增加，加速了板柵的腐蝕，造成失水、過充。

2.1.2 環境溫度。環境溫度的變化將會引起參加反應的各參數的變化。如果環境溫度過高，電池充電量會加速增加，電池內部溫度也隨之升高，從而使電池過熱，造成電池內阻下降，充電電流進一步增大；電流的增大又進一步使電池內部溫度升高，內阻進一步降低，從而形成惡性循環，使電池殼體嚴重變形、膨脹［3］。

2.1.3 失水。第一，失水使熱容減小。在蓄電池中水是最大的熱容，失水后蓄電池熱容大大減小，產生的熱量使蓄電池溫度迅速升高。第二，失水使內阻增大，電解液溫度升高。失水后蓄電池隔板發生收縮，使之與負極板的附著力變差，內阻增大。同時失水使電解液黏度過大，也使內阻增大［4］，放電中消耗在內阻上的電壓降也就大，這將引起電解液溫度迅速升高，產生大量的氣體，使蓄電池內部的氣體壓力增大。若此時蓄電池放電過度，引起電解液溫度升高得更快，氣體產生得也更多，使蓄電池內部氣體壓力更大，極易導致蓄電池脹裂。第三，失水加速板柵的腐蝕，板柵的腐蝕又使之失水。

2.1.4 充電電流過大或充電時間過長。當蓄電池充電電流過大或充電時間過長時，電解液溫度會迅速升高，并產生大量的氣體，這些氣體將對極板上的活性物質產生沖擊，使極板上的活性物質松動脫落，在蓄電池內無法實現氣體再結合，從而使蓄電池內部壓力增大，使電池出現鼓包變形。

2.1.5 極板發生硫化。極板發生硫化的蓄電池在充電過程中，單格電壓及電解液溫度將迅速升高，氣泡產生較早、反應劇烈，電池內部產生大量氣體，引起蓄電池鼓脹。

2.1.6 負載連續啟動時間過長。蓄電池要在很短的時間內向負載提供很大的電流，必然引起蓄電池內部劇烈的化學反應，若蓄電池極板伴有輕度的硫化現象時，則必然導致電解液溫度驟升，產生大量的氣體。當啟動連續使用時間過長，則會加劇氣體的產生，增大了蓄電池脹裂的可能。

2.2 極化現象

極化現象就是蓄電池在充放電過程中，外電流通過電極時，電極電勢偏離平衡值的現象。極化反應使電解液中的水加速電解，產生大量氣體，這些氣體不僅會增加蓄電池的充電時間，還對電池的極板有嚴重的腐蝕作用，導致電池失水、過充，勢必造成電池鼓脹變形。電解液中水電解過程伴隨著大量的熱量產生，促使電解液的溫度不斷升高。高溫下的大量氣體，必然會引起蓄電池鼓脹［5］。實踐證明，充電電流愈大，極化現象愈嚴重。

3 鉛酸蓄電池鼓包防治措施

3.1 選擇好的充電裝置與方法

3.1.1 選用好的充電裝置。蓄電池在使用過程中的優劣完全取決于對其充電的充電裝置，所以要選擇好的充電裝置，對充電裝置要經常檢查，一旦發現問題，及時檢修或更換，避免造成蓄電池鼓脹。

3.1.2 選擇好的充電方法。蓄電池充電過程中，不可避免地會發生極化、溫升等不良反應，充電過程中必須對這些現象加以注意；若充電方法不當會使這些現象更加嚴重，因此需要采用適當的充電方法對蓄電池進行充電，以防止蓄電池鼓包，延長蓄電池的使用壽命。

3.2 控制好溫度

3.2.1 選擇好的充電環境。鉛酸蓄電池的充電過程是一個放熱反應。所以充電環境一定要通風良好，保證每個串聯的單體電池的電解液高度達到指定刻度。

3.2.2 控制好充電溫度。在整個充電過程中，應確保蓄電池溫度不超過45℃。如果蓄電池溫度過高，應采取外部降溫或減小充電電流的方法降低溫度。

3.3 控制好充電電流、電壓與時間

3.3.1 控制好充電電流。電流過大容易導致蓄電池鼓脹，所以充電時，一定要避免電流過大。對已裝在車輛上的蓄電池，一定要調整好發電機的額定電壓；對在充電間充電的蓄電池，則一定要把握好充電電流。電池放電電流流經內阻時產生的熱量會引起溫度上升，所以放電電流也不宜過大。

3.3.2 控制好充電電壓。1967年，馬斯在研究中注意到放氣現象的重要性，并開始將這種現象應用于充電過程中蓄電池端電壓的控制［6］。充電電壓不能過高，也不能過低，過高容易使電池的性能受到影響，造成電溶液的損失和電池內壓的升高；過低則導致充電時間過長，甚至充不進電。

3.3.3 控制好充電時間。盡量控制好充電時間，不讓充電時間過長，防止過充導致蓄電池鼓脹。

4 防止過度充放電

4.1 防止過度充電。過充會使電池內部溫升過大、析氣率上升，導致蓄電池鼓包、正極板損壞，從而影響電池的穩定性及壽命，所以充電時一定要避免發生過充電現象。

4.2 防止過度放電。放電深度越大，電池放出的電量就越多，電池可接受的充電電流就越小，這將減慢電池的充電速度。為避免蓄電池過度放電，啟動發動機時，盡量避免長時間連續啟動，特別是在低溫條件下時，更不能連續啟動。

5 防止自放電現象

蓄電池在平時的開路過程中，會出現自放電現象。根據測試，蓄電池每天將放出大概1%的電量，如果外界溫度較高，這一比例還將升高。自放電會損失水，造成負極板硫化、電池內阻增大、容量降低。所以，對長時間存放不使用的蓄電池，應定期對其進行保養和充電。

6 排除電極板硫化

平時應經常檢查蓄電池是否有硫化現象，及時排除蓄電池電極板硫化，防止電解液溫度迅速升高，使電池內部產生大量氣體，從而避免引起蓄電池鼓脹。

7 消除極化現象

極化反應在充電過程中是不可避免的。鉛酸蓄電池去極化應當在整個充電過程中適時地采取去極化措施，始終不使極化過分嚴重。在大電流充電一段時間后，可以使用短時間的小電流來緩解極化，如充電一段時間后，暫停充電，等待極化現象的消失，轉到再次充電。

隨著電子設備的飛速發展，對密封鉛酸蓄電池的要求日益提高。但目前鉛酸蓄電池在性能和經濟上還不能完全滿足其需要，對于提高蓄電池的性能，防止鼓包，還要進行不斷的努力。鉛酸蓄電池改進的目標是提高性能和壽命、降低成本，因此，要選擇最佳充放電方式，增強免維護性能及確保安全性和可靠性。

［1］劉超.HEV車載鉛酸蓄電池快速充電系統研究［D］.黑龍江：哈爾濱工業大學，2007.

［2］胡信國.動力電池技術與應用［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［3］魏曉斌，張磊，謝楠.閥控式鉛酸蓄電池提前失效原因分析及對策［J］.通信電源技術，2009（2）：54-56.

［4］王見成.電動車用蓄電池故障及解決辦法［J］.電動自行車，2008（6）：47-48.

［5］李俊.蓄電池快速充電技術研究［D］.四川：西南交通大學，2009.

［6］張艷莉，費萬民.大功率蓄電池智能充電機控制器的研制［J］.華北電力技術，2001（5）：41-43.