一、 电池老化原因探讨

 

(1)       深度放电:放电深度越深,会减少电池的寿命,甚至损坏无法使用。

为了电池安全角度考量下,不得不做容量测试

(2)       大电流放电:使用较大的放电电流,会缩短电池的使用寿命。这可以用电极铅板的腐蚀和截面积来加以解释,一般而言,铅酸电池的自然损坏是由於正电极铅板的腐蚀,而使电流流动的截面积变小,所以在大电流放电时,需要更大的铅板面积来提供如此大的电流流动,但当铅板的截面积已不足够让放电电流流过时,便会影响电池的寿命。

为了使用安全角度考量下,不得不做大电流放电测试

(3)       大电流充电:使用大电流充电,产生的气体超过一定量时,会超过电池本身能吸收的速率,使内压上升,气体从安全阀排出,导致电解液被大量消耗,而减少电池的寿命。

在定电压充电模式下,充电电流会随著电池充饱的程度而降低,当电池池充饱后,充电器自动进入浮充(Float charging)模式,让电池保持在充饱的状态。此法在充电初期时,因电池端的电压较低,造成初始充电电流过大,因而容易使电池的极板损坏及蓄电池本身温度升高,以致缩短蓄电池的寿命过度充电:若电池已经过度充电时,其各组成要件(极板、隔离板等)都将因电解液之氧化作用而受损。

(4)       环境温度之影响:电池的环境温度会对其寿命造成影响。若以定电压充电,周遭温度过高时会加速电池内部材料的恶化,导致电池寿命缩短。太低温充电会有氢气产生,使内部压力增大或电解液减少,导致寿命缩短。

一般而言,富液式电池的工作温度在20℃到40℃为最佳环境。

贫液式电池(AGMGEL)的工作温度在20℃到25℃为最佳环境。

 

二、 电池劣化

铅酸电池不管进行充放电或浮充时,都会造成正极板水分减少之干涸,或负极板之硫酸化

正极板劣化的原因,可分为活性物质的软化、格子之腐蚀,以及格子与活性物质介面之阻碍(Barrier)等三种。正极活性物质经由充放电,反覆二氧化铅之溶解与硫酸铅之析出,而凝聚成较大之空洞,且发展成精致之胶质状(Colloidal)组织。此一过程电流以低电阻流通至活性物质之表面,同时从可确保硫酸扩散的通路来看,是一理想的构造,但是若形成此一胶质构造之活性物质微粒结合,逐渐变弱的同时,活性物质变成非活性化而降低放电容量。

铅酸电池的电化学反应式如下图:因在整个铅酸电池的充、放电过程中的化学反应式中,都会消耗到铅酸电池中电解液的水份,因密闭反应效率并不很充分,过多的气体,会直接经由排气栓排出电池外,使电解液中水分逐渐减少。另外,当电池放电时,或电池温度较外界温度为高时,亦可能发生水蒸气渗透电解槽壁面,而逃逸至电池外面。

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负极板之硫酸化,当铅酸电池未能加以完全充电,平常又在部份性放电状态下使用时,最容易产生。特别在下层因高比重,经由电解液之成层化,将发生极板之硫酸化,且在极板下层将生成不易充电之较大硫酸铅结晶,导致容量下降。

 

三、 电池劣化常用的三种判断

(1)       离群电压:当电池使用在串联模式时,由於电池本身的特性不一致,导致电池在充放电的循环使用以后会产生更大的不一致性,造成有些电池过度充电而有些电池会充电不足的现象,因而加速电池的损坏。一般12V电池的浮充电压是设定在13.5±0.2V,电压过低时会造成电池效能衰退,容量降低。电压过高时会造成极板过电压急遽升高,造成气体快速产生,此时若气体重反应速率小於气体产生速率, 造成气体循环效率降低,电池内压力升高,气体经由排气阀逸出,因此在浮充电压必须控制在过电压气化点以下, 即控制气体生成速率,以免造成电池结构因内压过大而裂开或造成水份之散失,因而降低电池之使用寿命。

(2)       浮充内阻:VRLA电池一般的失效模式是极板格子体腐蚀,极板活性物质劣化和电解液干涸。不寻常的失效模式是导电路径劣化和电解液过度干涸。这些情况都会影响电池和增加电池的内阻。如果电池内阻比新的时候增加了30%,该电池便应该再作试验以确定其原因,必要时可对该电池或系统进行容量试验以保证其可靠性。

(3)       电池容量:电池系统每两年必须进行一次负载下的电池容量试验,最理想的是和原始安装时验收的结果接近。一但发现电池达到额定容量之85%时必须进行每年的容量测试。

 

四、 电池寿命

铅酸电池在使用上,如何确保电池可以正常的工作, 是一个很重要的议题,一般而言,电池在正常的使用下不至於突然损坏而不能工作,因此在判断电池是否损坏时,是以电池的容量为基准,对电池进行完整的充放电实验,当电池容量在本身额定容量的60%以下时,则此颗电池表示已严重老化,也可說是此电池已达寿命终期。

电池在实际使用时,通常会将电池串并联连接,其目的是为了提升电池组的容量,因此在对电池的寿命作判断时,是以一串电池组作为量测的单位,也由於是以一串电池组作为一个单位,所以在设定实验条件时常将电池组的各个电池视为相同,但在实际使用上却会有相当程度的差异,导致有些电池老化的速度相当快,因而减少整串电池组的可用容量,所以在电池损坏而不堪使用之前必须将其更换,以确保电池系统的正常运作


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