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铅酸蓄电池常见故障和机理分析

1.极性反转现象及其原因
铅酸蓄电池的极性反转意味着蓄电池的正负极发生了变化。极性反转现象体现在两个方面。首先，当组装引线蓄电池时，单个电池电极组被颠倒或者整个电池电极组被颠倒。这种情况下，铅酸蓄电池灌酸后用电压表测量端电压时，端电压值小于各单体蓄电池额定电压之和或端电压为负。
另一方面，当在容量放电期间多个串联使用铅蓄电池时，某一蓄电池(或某一单体蓄电池)的容量较低或完全丧失。放电时，这个电池迅速放电，被其他电池反向充电，使原来的负极变成正极，原来的正极变成负极，端电压为负。
对于前一种类型的反极故障，在测量蓄电池 (蓄电池由多个单体电池组成)的端电压时，可以发现如果单体电池有反极，不仅会损失电池的2 V电压，还会增加2 V的反电压，端电压会降低约4 V。
例如，对于额定电压为12 V的电池，如果测量的端电压在8 V左右，则意味着有一个单电池的电极是相反的。如果在4 V左右测量端电压，则意味着有两个单体电池对极；如果在-4 V左右测量端电压，则意味着有四个单体电池反电极；如果在-12 V左右测量端电压，则意味着6个单体电池都是对极。
对于后一种反极故障，端电压(负值)随放电情况而变化。一般在检测时，应及时将蓄电池从放电线路中取出，以免损坏蓄电池。
2.短路现象及原因
铅酸蓄电池短路是指铅酸蓄电池内部正负极组的连接。铅酸蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面:
(1)开路电压低，闭路电压(放电)即将达到终止电压。
(2)大电流放电时，端电压迅速降至零。
(3)电路开路时，电解液密度很低，低温环境下电解液会结冰。
(4)充电时，电压缓慢上升，并始终保持低电平(有时降至零)。
(5)充电时，电解液的温度上升得很高很快。
(6)充电时，电解液密度增加缓慢或几乎不变。
(7)充电时不起泡或气体出现很晚。
铅酸蓄电池内部短路主要由以下几个方面引起:
(1)隔膜的质量差或缺陷使板的活性材料通过，导致正极板和负极板之间的虚拟接触或直接接触。
(2)分离器的位移导致正极板和负极板连接。
(3)板上的活性物质膨胀脱落。因为落下的活性材料的过度沉积，正极板和负极板的下边缘或侧边缘与沉积物接触，导致正极板和负极板之间的连接。
(4)导电物体落入电池中，导致正负极板连接。
(5)电极组焊接时形成的“铅流”未完全消除，或组装时正负极板之间存在“铅豆”，充放电时隔板损坏，导致正负极板连接不上。
3.极板硫酸盐化及其原因

极板硫酸化体系是一种硫酸铅，在极板上生成白色硬晶体，在充电过程中很难转化为活性物质。铅酸蓄电池板硫酸化后主要有以下现象。

(1)铅蓄电池的电压在充电过程中迅速上升，其初始和最终电压过高，最终充电电压可达2.90V/电池左右。

(2)在放电过程中，电压迅速下降，即过早下降到终止电压，因此其容量明显低于其他电池。
(3)充电时，电解液温度迅速升高，容易超过45℃。
(4)充电时电解液密度低于正常值，充电时过早出现气泡。
(5)解剖电池时，可以发现极板的颜色和状态异常。正极板为浅棕色(通常为深棕色)，极板表面有白色硫酸铅斑点，负极板为灰白色(通常为灰色)。盘子表面粗糙，摸起来像沙粒，盘子很硬。
(6)严重硫酸化，极板形成的硫酸铅白色晶体较粗，正常情况下不能回收为活性物质。
极板硫酸化有几个主要原因:
(1)铅蓄电池初始充电不足或初始充电长时间中断。
(2)铅蓄电池长期充电不足。
(3)放电后未及时充电。
(4)频繁过放电或低电流深放电。
(5)如果电解液密度过高或温度过高，硫酸铅会深度形成，难以回收。
(6)铅酸蓄电池长时间被搁置，没有定期充电就长期不用。
(7)内部短路局部动作或电池表面水分较多导致漏电。
(8)电解液不纯，自放电大。
(9)电池内部的电解液液位低，使得电极板的暴露部分硫酸化。
铅酸蓄电池正常使用下，正负极板上的活性物质(Pb02和Pb)大部分转化为小结晶硫酸铅。这些柔软细小的结晶硫酸铅均匀分布在多孔活性物质上，在充电过程中很容易与电解液接触，回到原来的物质PbO2和Pb。
在使用中，由于上述使用不当的原因，极板上的活性物质会逐渐形成晶粒粗大的硫酸铅。这些粗大坚硬的硫酸铅晶体体积大，导电性差，会堵塞极板上活性物质的孔隙，阻碍电解液的渗透扩散，增加电池内阻。同时，这种粗硬的硫酸铅在充电过程中不像软小晶体硫酸铅那样容易转化为PbO2和Pb。
如果时间太长，这些又厚又硬的硫酸铅就会失去可逆功能，导致极板内有效物质减少，放电容量降低，使用寿命缩短。
4.钢板弯曲和腐蚀断裂
极板弯曲多发生在正极板，而负极板很少发生。有些负极板弯曲是由于正极板弯曲太多，迫使负极板随之弯曲造成的。
大多数断板发生在使用寿命期间。由于格栅腐蚀，强度变小，导致板材断裂，尤其是正格栅。板材弯曲的主要原因如下:
(1)在制造过程中，板的活性材料形成或扩散不均匀。因此，在充电和放电过程中，板的各个部分的电化学作用是不均匀的，这导致板上活性材料体积的膨胀和收缩不一致，导致弯曲和一些开裂。
(2)过充或过放增加内层活性物质的膨胀和收缩，回收过程不一致，导致极板弯曲。
(3)在大电流或高温下放电时，极板的活性物质反应强烈，容易导致化学反应不均匀和极板弯曲。
(4)蓄电池含有杂质。当引起局部作用时，只有一小部分活性物质变成硫酸铅，导致整个板材中活性物质体积变化不一致而弯曲。
正极板的腐蚀和断裂主要由以下原因引起:
(1)栅极合金在制造过程中存在问题，导致极板在充放电过程中因耐腐蚀而断裂。
(2)充电时，正极板栅处于阳极极化状态，频繁过充是正极板腐蚀断裂的主要原因。
(3)电解液密度过高，温度过高，正极板氧化腐蚀加剧。
(4)铅酸蓄电池电解液中含有能腐蚀正极板栅的酸或其他有机盐，会逐渐腐蚀正极板栅。这些对正极板栅有害的酸和盐可能来自硫酸和蒸馏水，也可能从隔板或其他部位浸出。因此，在充放电循环过程中，极板或正极板栅不断被腐蚀。
(5)正极板腐蚀的过程，即氧化膜形成的过程，所以栅线尺寸增大，引起栅线变形或膨胀。
正极板栅的腐蚀和变形特征；
(1)电解液浑浊，盘子腐烂。
(2)正极板的活性物质由于栅极的腐蚀而失去应有的强度和凝固性，导致脱落，往往呈块状。
(3)正栅的腐蚀导致活性物质脱落，不仅破坏了活性物质的细孔结构，而且逐渐减少了活性物质的数量。这必然会降低电池的容量，缩短循环寿命。
正栅的腐蚀机理；
(1)二氧化铅表面的氧腐蚀:阳极带电时，氧从阳极析出，以“超化学当量原子”的形式进入二氧化铅晶格，通过氧化层扩散到金属表面，从而氧化金属。金属氧化是决定铅阳极腐蚀速度的基本过程。随着温度的升高，极化加强，导致氧扩散速率增加，腐蚀速率加快。
(2)催化腐蚀:二氧化铅是阳极析氧反应的催化剂。当氧沉淀时，它以中间自由基的形式出现。例如:。哦，哦。H2SO4等。这些中间产物在二氧化铅表面复合，导致二氧化铅膜疏松，从而溶解膜下金属，造成腐蚀。
(3)铅-二氧化铅的固相反应腐蚀:栅极合金中的铅与活性物质二氧化铅之间存在接触电位差，这是电子从铅向二氧化铅迁移的原因，因此发生腐蚀。
(4)二氧化铅中有两种晶体，即α-PB02和β-PB02。与栅极直接接触的层大部分是α-PB02，外层大部分是β-PB02，而阳极腐蚀的基本产物是α-PB02。
(5)阳极极化时正极板的腐蚀基本沿晶界进行。由于合金的每一个小晶粒外层都有另一层固溶体，在晶粒之间形成了一个与晶粒本身成分不同的晶间夹层，在夹层中发生合金腐蚀。
5.活性物质会脱落。
铅酸蓄电池在充放电过程中，极板的活性物质因损坏而逐渐脱落。这种现象主要发生在循环充放电结束时。主要特点是电解液中有沉淀物，电池容量下降。如果电池的使用寿命接近尾声，活性物质脱落是正常的，但在以下情况下也会导致极板活性物质脱落。
(1)负极板在充放电过程中，由于添加剂比例不当，导致活性物质膨胀脱落。
(2)充放电电流过大或充放电过度，长期过放电。
(3)充电时电解液温度和密度过高。
(4)放电时外部电路短路。
(5)电解液不纯。
(6)硫酸盐板或格栅腐蚀断裂。
6.容量减少
铅酸蓄电池放电时不能达到额定容量或充放电时容量下降。一般有以下几个原因:
(1)极群局部短路。
(2)电池系列焊接位置存在假焊。因此，初始容量是可以接受的。随着充放电过程，假焊位置产生的氧化膜是导电的，但效果不好。
(3)格栅腐蚀板断裂，活性物质脱落。
(4)极板硫酸盐化。
(5)容量放电时电流过高、电解液密度过低或电解液液位不够高。
(6)充放电设备和测量仪器超差或故障。
(7)放电时，电解液温度过低。
7.异常电压
充放电过程中铅酸蓄电池的异常电压特征如下:
(1)充电和放电期间开路电压低或电压低。
(2)放电时，电压迅速下降到终止电压，停止放电后很快恢复到较高电压。
(3)充电时，电压上升很快，非常高。停止充电时，电压降得太低太快。
(4)放电时出现负电压。
(5)充电时，电压升高，电压低。
电压异常一般有以下原因:
(1)内部短路和反极。
(2)极板硫酸盐化。
(3)电极板腐蚀断裂，活性物质脱落。
(4)电解质密度低或高。
(5)测量仪器仪表超差或故障。
(6)接头处接触不良。
(7)负极板的收缩和净化。
(8)过量排放。
(9)充电不足。
(10)大自放电
8.起动性能差
铅酸蓄电池启动性能差意味着大电流放电时达不到规定的要求值。一般由以下原因引起:
(1)蓄电池连接杆(墙焊)与接线柱与极柱的连接、母线与极板的连接有假焊，导致启动性能差或无法启动。
(2)电解液密度低，隔板内阻大，内阻大。
(3)正极板弯曲和极板硫酸盐化。
(4)放电设备与蓄电池接线接触电阻大。
(5)极群短路。
(6)活性物质脱落。
(7)放电电流过大。

(8)环境温度过低。

9.周期短。

铅酸蓄电池寿命过早终止的原因一般包括以下几个方面:

(1)正极板腐蚀和负极板膨胀。
(2)极组短路，极板接电。
(3)隔板损坏或移位，隔板不耐腐蚀。
(4)充放电循环比例不当。
(5)电解液密度和温度过高或过低，液位不够高。
(6)假焊，板材脱落。
(7)极板硫酸盐化。
(8)充放电电流过大。
二、解剖与分析
当铅酸蓄电池测试结束或蓄电池失败无法消除时，需要解剖电池进行观察分析，步骤如下:
1.外观检查
(1)检查蓄电池槽有无损坏和裂纹。
(2)测量电解液的密度、电池的端电压和每个电池的电压。
(3)检查蓄电池接线柱和连接杆的状况。
2.解剖学观察
(1)将橡胶外壳蓄电池置于高温环境中。密封胶软化后，用刀去除密封胶，用铁锯切断连接条，用铁钩拉出每个极组，放入铁板中。
(2)塑壳电池用铁锯沿槽盖热封锯蓄电池，观察壁焊接头及极与端极连接处有无假焊、破损后，用铁锯锯壁焊接头，拉出各极组放入铁板中。
(3)观察极组情况，是否缺少隔板，母线是否断裂，母线与极板极耳的连接情况，是否有掉屑、假焊现象。观察电杆与母线、电杆与终端电杆的连接是否断裂，观察电杆组内是否有异物。
(4)观察极组的侧面和底部有无短路连接，以及极组中隔板的位置和隔板的边缘有无损坏。
(5)观察蓄电池电池内电解质的情况，活性物质的沉积情况，电池内存在异物的情况，以及电池中间隔板的开裂、破损和电池之间的连通情况。
(6)观察完毕后，用铁锯锯断极板与母线的连接处，并逐一检查正极板、负极板和隔板。
(7)观察正极板四个边框是否断裂，极板表面状况，活性物质脱落，小筋腐蚀断裂，极板弯曲等情况。
(8)对于管状正极板，观察导线管是否损坏，引线芯是否脱颈，后盖是否脱落，汇流条是否断裂，管内活性物质是否下沉，空管程度等。
(9)观察负极板的表面状况，是否有硫酸盐化的迹象，活性物质是否收缩变硬，是否有膨胀、堆积、脱落现象。
(10)观察各隔板的腐蚀程度，有无破损、断裂、掉角、穿孔。观察隔板时，用水冲洗并仔细观察。
(11)对电池解剖观察进行分析记录后，记录观察结果，分析影响电池性能和导致测试终止的原因，提出电池解剖分析的意向。