蓄电池常见故障分析「蓄电池的故障诊断」

今天带来蓄电池常见故障分析「蓄电池的故障诊断」，关于蓄电池常见故障分析「蓄电池的故障诊断」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

蓄电池故障因素解析

现代社会对能源的依赖越来越高，而很多地方又由于建设环境困难或少数应用场景不值得投资交流线路，蓄电池就为这样的场景提供了不二的选择，如国内大量的通讯基站，就选择了风能、太阳能组合的供电方式，其中的储能就是大量的蓄电池；另外如矿坑内的断电二次启动电源、发电厂合闸系统等都是大量使用蓄电池作为备份能源，再如现在的新能源汽车，使用的蓄电池就更是不计其数。

4-1、蓄电池的应用范围越来越广阔

由于蓄电池涉的制造与使用都涉及到许多危险化学品，在铅酸蓄电池的装配过程中涉及到铅中毒、易燃、易爆等危险特性，并且已经形成了许多使用与管理不当造成的各种伤害，现在的新能源汽车及蓄能电站也因为技术与安全使用不当经常发生相当大的各类事故，且废旧电池的报废处理带来的环境污染也是非常令人头疼、且不能忽视的重大问题；同时由于我们在许多场合使用的工业蓄电池大部分是由2V或12V一节的铅酸电池串联组合成220V或380V左右的备用电源，因而在这样的电池组中，只要其中一节出了故障，整组电池的充放电一致性下降，因而不能正常工作，并会导致重大事故的发生。

4-2，矿井断电后靠蓄电池切换到另一路电源

如我们常听说某矿井瓦斯爆炸造成重大事故，这样的事故多是由于备用换电闸刀的备用电池出了故障。这里我们需要做出说明，一般需要采用深井采掘的铁、煤矿及其他矿产，是需要用大型鼓风设备向井内输送大量的空气与氧气供井下人员呼吸及压缩空气使用的，

4-3、矿井安全预警系统示意图

矿井的供电系统都是由多路供应电力的，当某电路因故需要断电或故障断电时，另一路电力需要及时切换上去，这个切换电源系统现在都是自动执行的，而这个自动执行机构就是靠备用的蓄电池来提供能源的。

4-4、最简单的蓄电池切换电源系统原理图

从上面的案例看出蓄电池在许多场合下的使用是非常频繁的，我们的理解蓄电池的应用范围，小到笔记本电脑的电源、楼宇停电指示灯，大到各行各业的UPS系统，电力、矿山、地铁、高铁、飞机、轮船等等的后备电源几乎都采用了蓄电池作为主力能源，而这些蓄电池都有一个寿命与过程故障问题，这也像人会生病一样，而我们需要着重研究的就是如何保证蓄电池在寿命终结前、或使用过程中不能让它生病（故障）的情况，这样我们势必需要从蓄电池的结构及化学材料方面来深入了解与研究它的具体情况，从而能准确的判断出它的故障及寿命终结时期，这样可以让我们在这之前采取措施，保证蓄电池被修复好或更换一个新的蓄电池，从而对蓄电池服务的对象起到保障作用。

随着科技不断进步，蓄电池的种类也是越来越多，我们说不论什么类型的蓄电池，他们都有一个共性，即在使用过程中的逐步老化并衰减储电量，我们先来看看使用最多的铅酸电池是怎么样的一个从新生全盛的储电量到逐步衰减的这个化学反应过程。

铅酸蓄电池是由阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质，阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质，电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 水 .H2O，电池外壳和隔离板组成。

4-5、蓄电池的内部结构

从这个电池结构中我们可以看出，当蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。

由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。

4-6、新蓄电池中的硫酸铅形态

我们从上图中可以看出新的、活化的硫酸铅是晶粒细密且呈疏松海绵状态的，如果蓄电池在使用后不能及时充电，或长期搁置不用，硫酸铅在不同温度、不同浓度的硫酸介质中溶解度会发生变化，使铅酸蓄电池两极上的铅酸晶粒变得粗大坚硬。

4-7、老化后的硫酸铅结晶形态

粗大而坚硬晶粒的硫酸铅在充电时很难通过溶解-沉积过程分别转化成正极活性物质二氧化铅和负极活性物质海绵状金属铅，这样就使蓄电池容量下降并逐步终结蓄电池的寿命。

另一方面，近年来各类新型蓄电池虽然容量提升较高，且充放电次数的大力提升使得应用范围扩大了很多，但新型电池的安全问题得不到彻底解决，难以遏制的事故不断，使人们难以割舍铅酸蓄电池。铅酸蓄电池里面的电解液是硫酸溶液，不容易着火，大多数时候只会出现电池鼓包现象，真的烧起来最多是冒烟或缓慢燃烧，不会形成突然发火或爆炸，而锂电池则不同，锂电池内部的电解液多数为可燃的有机溶液，并且在遭受一些剧烈碰撞就能把电池隔膜损坏引发短路，使电池升温并快速着火引起燃爆，更危险的是锂电池燃烧时产生的气体对环境会留下长期的影响，对人体会造成很大的损害。

4-8、发达国家对蓄电池的痛点问题非常重视

因此，全世界的科学家都对蓄电池的发展与使用中的痛点加大了解决方案的研究，我们在了解了蓄电池的组成与工作机理后，为找出蓄电池的老化与损坏的原因起到了很大的作用，我们通过这些大家熟知的原理，虽然目前没有找到一种近乎于永不损坏的蓄电池技术与材料，但研究出了能预知蓄电池故障及老化过程的手段，这个技术就是检测出蓄电池在衰减或故障过程中的化学与物理变量，利用这样的技术在蓄电池发生故障或个别损坏时，事先对它进行修复或更换，从而减少大部份因蓄电池故障而带来的各种危害与灾难。

下篇我们将继续介绍这样的技术与避免因蓄电池损坏而带来的灾难的解决方案，请关注我们的公众号。