一、 電池老化原因探討

 

(1)       深度放電:放電深度越深,會減少電池的壽命,甚至損壞無法使用。

為了電池安全角度考量下,不得不做容量測試

(2)       大電流放電:使用較大的放電電流,會縮短電池的使用壽命。這可以用電極鉛板的腐蝕和截面積來加以解釋,一般而言,鉛酸電池的自然損壞是由於正電極鉛板的腐蝕,而使電流流動的截面積變小,所以在大電流放電時,需要更大的鉛板面積來提供如此大的電流流動,但當鉛板的截面積已不足夠讓放電電流流過時,便會影響電池的壽命。

為了使用安全角度考量下,不得不做大電流放電測試

(3)       大電流充電:使用大電流充電,產生的氣體超過一定量時,會超過電池本身能吸收的速率,使內壓上升,氣體從安全閥排出,導致電解液被大量消耗,而減少電池的壽命。

在定電壓充電模式下,充電電流會隨著電池充飽的程度而降低,當電池池充飽後,充電器自動進入浮充(Float charging)模式,讓電池保持在充飽的狀態。此法在充電初期時,因電池端的電壓較低,造成初始充電電流過大,因而容易使電池的極板損壞及蓄電池本身溫度升高,以致縮短蓄電池的壽命過度充電:若電池已經過度充電時,其各組成要件(極板、隔離板等)都將因電解液之氧化作用而受損。

(4)       環境溫度之影響:電池的環境溫度會對其壽命造成影響。若以定電壓充電,周遭溫度過高時會加速電池內部材料的惡化,導致電池壽命縮短。太低溫充電會有氫氣產生,使內部壓力增大或電解液減少,導致壽命縮短。

一般而言,富液式電池的工作溫度在20℃到40℃為最佳環境。

貧液式電池(AGMGEL)的工作溫度在20℃到25℃為最佳環境。

 

二、 電池劣化

鉛酸電池不管進行充放電或浮充時,都會造成正極板水分減少之乾涸,或負極板之硫酸化

正極板劣化的原因,可分為活性物質的軟化、格子之腐蝕,以及格子與活性物質介面之阻礙(Barrier)等三種。正極活性物質經由充放電,反覆二氧化鉛之溶解與硫酸鉛之析出,而凝聚成較大之空洞,且發展成精緻之膠質狀(Colloidal)組織。此一過程電流以低電阻流通至活性物質之表面,同時從可確保硫酸擴散的通路來看,是一理想的構造,但是若形成此一膠質構造之活性物質微粒結合,逐漸變弱的同時,活性物質變成非活性化而降低放電容量。

鉛酸電池的電化學反應式如下圖:因在整個鉛酸電池的充、放電過程中的化學反應式中,都會消耗到鉛酸電池中電解液的水份,因密閉反應效率並不很充分,過多的氣體,會直接經由排氣栓排出電池外,使電解液中水分逐漸減少。另外,當電池放電時,或電池溫度較外界溫度為高時,亦可能發生水蒸氣滲透電解槽壁面,而逃逸至電池外面。

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負極板之硫酸化,當鉛酸電池未能加以完全充電,平常又在部份性放電狀態下使用時,最容易產生。特別在下層因高比重,經由電解液之成層化,將發生極板之硫酸化,且在極板下層將生成不易充電之較大硫酸鉛結晶,導致容量下降。

 

三、 電池劣化常用的三種判斷

(1)       離群電壓:當電池使用在串聯模式時,由於電池本身的特性不一致,導致電池在充放電的循環使用以後會產生更大的不一致性,造成有些電池過度充電而有些電池會充電不足的現象,因而加速電池的損壞。一般12V電池的浮充電壓是設定在13.5±0.2V,電壓過低時會造成電池效能衰退,容量降低。電壓過高時會造成極板過電壓急遽升高,造成氣體快速產生,此時若氣體重反應速率小於氣體產生速率, 造成氣體循環效率降低,電池內壓力升高,氣體經由排氣閥逸出,因此在浮充電壓必須控制在過電壓氣化點以下, 即控制氣體生成速率,以免造成電池結構因內壓過大而裂開或造成水份之散失,因而降低電池之使用壽命。

(2)       浮充內阻:VRLA電池一般的失效模式是極板格子體腐蝕,極板活性物質劣化和電解液乾涸。不尋常的失效模式是導電路徑劣化和電解液過度乾涸。這些情況都會影響電池和增加電池的內阻。如果電池內阻比新的時候增加了30%,該電池便應該再作試驗以確定其原因,必要時可對該電池或系統進行容量試驗以保證其可靠性。

(3)       電池容量:電池系統每兩年必須進行一次負載下的電池容量試驗,最理想的是和原始安裝時驗收的結果接近。一但發現電池達到額定容量之85﹪時必須進行每年的容量測試。

 

四、 電池壽命

鉛酸電池在使用上,如何確保電池可以正常的工作, 是一個很重要的議題,一般而言,電池在正常的使用下不至於突然損壞而不能工作,因此在判斷電池是否損壞時,是以電池的容量為基準,對電池進行完整的充放電實驗,當電池容量在本身額定容量的60%以下時,則此顆電池表示已嚴重老化,也可說是此電池已達壽命終期。

電池在實際使用時,通常會將電池串並聯連接,其目的是為了提升電池組的容量,因此在對電池的壽命作判斷時,是以一串電池組作為量測的單位,也由於是以一串電池組作為一個單位,所以在設定實驗條件時常將電池組的各個電池視為相同,但在實際使用上卻會有相當程度的差異,導致有些電池老化的速度相當快,因而減少整串電池組的可用容量,所以在電池損壞而不堪使用之前必須將其更換,以確保電池系統的正常運作


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