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电池的寿命定义4
新国环境开发股份有限公司 334 台湾桃园市八德区广福路901号
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(含AGM或GEL)的工作温度在20℃到25℃为最佳环境。 电池劣化(1)       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。(2)       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。(3)       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。(4)       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。 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。 https://www.nface.com.tw/cn/hot_307351.html 电池老化原因探讨 2021-05-27 2022-05-27
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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



电池的寿命定义主要有两种


一.循环寿命 (Cycle Life):

循环意指将电池当作主要电源使用,所以充电放电的次数较为频繁,例如电动车辆;此时寿命的标准就是订定一个条件下,反覆充放电时,容量下降至针对初期值之某一值(例如80%或60%),可在此一期间所能反覆充放电的循环次数。

影响铅酸电池的循环寿命最大因素就是放电深度(DOD,Depth of Discharge)
,当所使用的放电深度越深时,电池所能循环使用的次数便越少,其关系如下图所示,针对此铅酸电池CSB(HRL12390W),当放电深度为50%时,循环使用次数约为400到500次,当放电深度为100%时,循环使用次数便降至约为200到300次。

即然放电深度越深时,电池所能循环使用的次数便越少,寿命也相对减少,但为了电池安全角度又不得不做容量测试,原厂又说电池内阻比新的时候增加了30%时,可能是电池内部的极板格子体腐蚀,极板活性物质劣化和电解液干涸所造成。所以是否可以大胆假设,每一次的全容量放电时会造成内阻上升约1~1.5%。
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二.浮充寿命(Float Life):

浮充是指将电池当作备用电源,平常并不使用,必要时才使用的狀态,如不断电系统(UPS)及停电自动照明灯等,此时电池的寿命就是以时间來计算。

影响浮充寿命主要因素为充电电流,因为当电池应用在浮充狀态下时,通常持续地在充电,以确保电池维持在充饱狀态,但在持续充电时,充电的电流会影响电极极板的腐蚀速度,所以一般在可以补充电池自我放电的情况下,尽可能地减小充电的电流,因此一般浮充均使用定电压(CV)充电法,将浮充电压设定於充电量略大於自我放电量,以自行调节充电电流的大小,可相对的增加电池的寿命。

另一个影响浮充寿命的因素就是温度,温度越高会加速电极板的腐蚀速度,导致电池越快损坏,针对此铅酸电池CSB(HRL12390W)电池浮充寿命与温度的关系如下图所示,电池操作於环境温度25℃ 时,使用12~13个月后电池容量下降至60%,环境温度30℃ 时,使用8个月后电池容量下降至60%,只有在5℃时,使用18个月后电池容量才能维持在80%。

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