鉛酸電池的使用壽命受許多條件的影響,主要包括其固有特性、使用環(huán)境、具體的充放電曲線和管理模式等。由于過充電、過放電以及充放電不均衡給電池帶來較大的損害,大幅降低了電池使用效率及循環(huán)壽命。
1、充電終止電壓和放電終止電壓
蓄電池充足電時(shí),極板的活性物質(zhì)已達(dá)到保護(hù)狀態(tài),再繼續(xù)充電蓄電池的電壓也不會(huì)上升,而只是進(jìn)行水的電解反應(yīng),此時(shí)電壓稱為充電終止電壓。此時(shí)若不及時(shí)停止充電,就會(huì)造成過充電。
在過充電階段電池內(nèi)部所進(jìn)行的反應(yīng)為電解水的消耗反應(yīng),產(chǎn)生的氧氣和氫氣會(huì)增大電池內(nèi)部壓力;同時(shí)由于氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng),造成電池溫度迅速上升。隨著電池內(nèi)部溫度和壓力都急劇上升,會(huì)加快電池的損害速度,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)電池爆炸等安全問題。
若當(dāng)容量小的電池充滿電時(shí)停止充電,則容量大的電池就會(huì)充電不足,若電池常在充電不足的情況下投入使用,除使用性能受到影響外,還將造成電池的失效,電池壽命縮短。
過充電的危害是必須對(duì)鉛酸電池進(jìn)行均衡充電的重要原因。下圖為蓄電池各種充電狀態(tài)對(duì)其循環(huán)壽命的影響:
蓄電池在各種充電條件下的循環(huán)壽命與容量的關(guān)系
??不同充電率電壓變化曲線
放電終止電壓是指蓄電池放電時(shí),電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓。如果電壓低于放電終止電壓后繼續(xù)放電,電池兩端電壓迅速下降,形成過放電,這樣極易對(duì)電池造成永久性損害,影響蓄電池的使用壽命。
放電終止電壓和放電率有關(guān),一般在低溫或大電流放電時(shí)終止電壓低一些。對(duì)于鉛酸電池來說它是二次電池,端電壓不允許放電至0V,為保證其使用壽命,規(guī)定其在不同的放電率下有不同的放電終止電壓。
充、放電速度的快慢(充放電率的大小)將影響到蓄電池的端電壓以及充放電時(shí)間,下圖為不同放電率及不同放電深度下的端電壓變化曲線。
不同放電率電壓變化曲線 ??
不同放電深度循環(huán)壽命曲線???
大容量電池經(jīng)常處于充電不足和淺放的狀態(tài),電池容量會(huì)逐漸衰減。而容量小的電池總是處于過充過放的狀態(tài),電池容量衰減越來越快,在多次反復(fù)的充電和放電后,這種差距逐漸擴(kuò)大,影響電池的使用循環(huán)次數(shù),使整個(gè)電池組的壽命縮短。
2、電池放電不均衡
即使是新電池,其性能和實(shí)際可用容量也會(huì)存在微小的差異。以電池組放電狀態(tài)為例,對(duì)于可用容量相對(duì)較大的電池,其放電深度就相對(duì)較淺,電池可持續(xù)的循環(huán)工作次數(shù)也較多,電池性能相對(duì)穩(wěn)定。
??但對(duì)于可用容量相對(duì)較小的電池則不然,在放電后期,尤其整個(gè)電池組深度放電時(shí),可用容量較小的電池就很容易處于過放電狀態(tài),這就會(huì)加速電池的老化,如此反復(fù)便會(huì)形成惡性循環(huán),使電池的實(shí)際可用容量越來越小,性能迅速惡化。
電池放電電壓狀態(tài)曲線
因此,隨著充放電循環(huán)的不斷進(jìn)行,電池單體差異也會(huì)越來越大,最終就會(huì)發(fā)生所謂的“木桶效應(yīng)”,即由于個(gè)別單體的失效而導(dǎo)致整個(gè)電池組無(wú)法正常工作,甚至?xí)?duì)整個(gè)用電系統(tǒng)及駕駛?cè)藛T造成危害。
???