電動(dòng)車電池常見失效模式及形成原因
電池的各種失效模式中，只能說某種原因占主要地位。如同患有心臟病的人，一般都伴有高血壓、血管硬化等癥狀。我們可以認(rèn)為一只廢舊失效的電動(dòng)車電池存在著各種失效原因。一只電池硫化的時(shí)候，并不是說它僅是硫化，而是說，影響電池性能的主要問題是硫化，其他如失水、正極板軟化、板柵腐蝕等在一定程度上也會(huì)存在。這也就是通常我們不能通過消除硫化使電池完全恢復(fù)到與新電池接近的水平，有的修復(fù)后的容量甚至?xí)^新電瓶，但修復(fù)后的使用壽命和電池組的均衡性無(wú)法與新電池相比。
所有的鉛酸蓄電池，在使用一段較長(zhǎng)時(shí)間后，其正極板都或多或少存在問題。我們?cè)谛迯?fù)過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些電池不管怎么做都沒有效果，這些電池一般都是正極板的問題（軟化、活物質(zhì)脫落、板柵腐蝕等），由于極板的種類、制造條件、使用方法有差異，最終導(dǎo)致電池失效的原因各異，歸納起來鉛酸蓄電池失效有如下幾種情況：
一、電池失水
充電時(shí)發(fā)熱，此時(shí)雖然還沒有造成電池膨脹現(xiàn)象發(fā)生，但是失水已經(jīng)很嚴(yán)重了，如果任其進(jìn)一步發(fā)展，就會(huì)導(dǎo)致電池硫化加重，進(jìn)而導(dǎo)致熱失控及正極板軟化等惡性電池失效。
電池失水故障產(chǎn)生的原因：
電池失水是電池失效的最普遍最常見的故障，同時(shí)，電池失水又是大部分失效模式的根源。有人說：電池失效都是失水惹的禍。這話的確有一定道理。那么，電池的“水”是怎么樣失去的呢？在充電過程中，為了滿足6~8小時(shí)充滿電的要求，不得不把充電電壓設(shè)置的較高，這個(gè)較高的充電電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電池的析氣電壓。正、負(fù)極板析出的氧氣和氫氣除一部分“氧合”還原為水外，一部分則通過安全閥排出電池。我們知道，水是由氫和氧構(gòu)成的，失去了氧和氫就等于失去了水，失水后的電池電解液中酸的比重逐漸增大，促使電池硫化現(xiàn)象加重，降低了負(fù)極板的氧循環(huán)能力，使電池容量逐漸降低。電池的硫化加重了失水，失水有加重了硫化，這樣惡性循環(huán)下去，致使電池容量喪失，最終導(dǎo)致電池完全失效；此外，電池自放電也會(huì)導(dǎo)致電解液中水的丟失。有些電池制造時(shí)如采用低銻合金做板柵材料，由于電池析氣電壓更低，更加容易造成電池失水和硫化。
二、電池的硫化
首先應(yīng)該知道什么是鉛酸蓄電池的的硫化。蓄電池內(nèi)部負(fù)極板表面上附著著一層白色堅(jiān)硬的結(jié)晶體，充電后依舊不能剝離負(fù)極板表面轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛；這就是硫酸鹽化，簡(jiǎn)稱“硫化”。硫化的電池就像給負(fù)極板罩上了一層薄膜，導(dǎo)致負(fù)極板反應(yīng)面積大幅下降，從而導(dǎo)致電池失效。這種電池失效模式是最普遍發(fā)生的，失效電池中，70%~80%是電池硫化造成的。
電池的硫化特征是：電解液密度低于正常值；電池容量變低，充電時(shí)間大幅度縮短。
好的電池從單只電池電壓10.5V起充電，一般需要6~8小時(shí)，硫化電池充電時(shí)電壓上升較快，一般2~3小時(shí)就轉(zhuǎn)綠燈了。充滿電經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間，電池端電壓高于13.4V，充電時(shí)過早產(chǎn)生氣泡甚至一充電就有氣泡（耳貼電池，可以聽見“吱吱”析氣響聲）；電池發(fā)熱，溫升增快，硫化嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致充不進(jìn)電，“一充就滿，一跑就光”是電池硫化的典型特征。
電池硫化故障產(chǎn)生的原因：
①電池長(zhǎng)期充電不足或放電時(shí)沒有及時(shí)充電，有些三段式充電器恒流電壓設(shè)置過低，導(dǎo)致電池充電不足；還有人充電時(shí)，習(xí)慣一轉(zhuǎn)綠燈就拔下電源，沒有對(duì)電池充分浮充；還有些人在每次用完電動(dòng)車后，不能做到即時(shí)充電，往往是上午用車，晚上充電或是隔天或隔幾天才充電。導(dǎo)致極板上的硫酸鉛（PoSO4）有一部分溶解于電解液中，環(huán)境溫度越高，溶解度越大，環(huán)境溫度低時(shí)，溶解度減小，溶解的硫酸鉛就會(huì)重新析出，在極板上再次結(jié)晶，形成硫化。
長(zhǎng)期過量放電或小電流深度放電，使極板深處活性物質(zhì)的空隙內(nèi)生成硫酸鉛（PoSO4）。電動(dòng)車控制器都有欠電壓保護(hù)電路，當(dāng)電池電壓低到保護(hù)電壓（36V電動(dòng)車降到31.5V，48V電動(dòng)車降到42V）時(shí)，控制器會(huì)切斷電源或紅燈報(bào)警，保證不發(fā)生過放電。停用后，不久電池電壓還會(huì)反升（浮電），這個(gè)電是萬(wàn)萬(wàn)不能用的。一些人不注意這些，經(jīng)常欠電壓使用，造成負(fù)極板的硫化。另外，自放電現(xiàn)象（也稱自瀉）嚴(yán)重的電池，時(shí)間長(zhǎng)了形成小電流深度放電，也會(huì)使負(fù)極板形成硫化。
已放電或半放電狀態(tài)的電池放置時(shí)間過久。有些人使用電動(dòng)車沒有養(yǎng)成良好的充電習(xí)慣，對(duì)于長(zhǎng)期不用的電池不經(jīng)常進(jìn)行定期的充電，讓電池長(zhǎng)期處于“饑餓”狀態(tài)，導(dǎo)致硫化。甚至形成不可逆轉(zhuǎn)的硫化。
電解液酸度過高，成份不純，外部氣溫變化劇烈，導(dǎo)致硫化。前面講電池失水后，會(huì)導(dǎo)致酸的比重升高，容易形成硫化。此外，電解液存在金屬離子成份或其他不良成份，均會(huì)增加硫化機(jī)會(huì)。北方冬季天氣寒冷，在溫暖的室內(nèi)充電，拿到外面使用，氣溫急劇變化也會(huì)導(dǎo)致電池硫化。
三、電池正極板軟化。
直觀檢查：在充電過程中，抽出電解液，如果電解液發(fā)紅發(fā)黑，甚至墨黑呈泥狀，說明電池正極板已經(jīng)軟化。在外觀表現(xiàn)上，則是正極板表面由開始的堅(jiān)實(shí)逐漸變松軟直到變成糊狀，這時(shí)由于正極板表面積下降，導(dǎo)致電池容量下降。對(duì)于電池正極板的軟化，雖然有不同的理論解釋，但在顯微鏡下，可以觀察到電池在使用過程中，正極板的活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是變化的。微孔越來越少，最后形成珊瑚結(jié)構(gòu)。這個(gè)過程是肯定要發(fā)生的，隨著放電循環(huán)的進(jìn)行，活性物質(zhì)表面收縮，形成核心而變成珊瑚狀結(jié)構(gòu)；多次放電使小孔聚集增多，使大孔不斷增加，破壞了正極板結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落。
電池的正極板軟化產(chǎn)生的原因：
因?yàn)檎龢O板活性物質(zhì)二氧化鉛本身結(jié)合不牢，放電時(shí)生成硫酸鉛，充電時(shí)又恢復(fù)為二氧化鉛，硫酸鉛的摩爾體積筆二氧化鉛大，則放電時(shí)活性物質(zhì)體積膨脹。若1摩爾二氧化鉛轉(zhuǎn)化為1摩爾硫酸鉛，體積增加95%。這樣反復(fù)收縮膨脹，就使得二氧化鉛粒子之間結(jié)合逐漸松弛，易于脫落。若1摩爾二氧化鉛的活性物質(zhì)只有20%放電，則收縮、膨脹的程度就大大降低，結(jié)合力破壞變緩慢，因此，放電深度越深，其循環(huán)壽命越短。
在分析電池正極板軟化故障和發(fā)生原因時(shí)，有人作了一個(gè)十分恰當(dāng)?shù)谋扔鳎涸谡５碾姵刂?。電池的正極板二氧化鉛是由α氧化鉛和β氧化鉛組成的。其中α氧化鉛好像是樹木的樹干和樹枝，β氧化鉛好像是樹葉。光合作用主要是依靠樹葉，當(dāng)然樹干也有一定的光合作用，但是很少；而光合作用是維持大樹生存的重要條件之一。沒有光合作用，大樹將死亡。
這個(gè)大樹有一個(gè)奇特的性，就是樹干一旦參與光合作用，將變成樹葉，如果樹葉多了，光合作用會(huì)增加。但樹枝少了，沒有支撐作用，樹葉會(huì)重疊，互相遮擋，也使得光合作用下降。
產(chǎn)生這個(gè)效應(yīng)的原理就是α氧化鉛只能在堿性環(huán)境中生成，在酸性環(huán)境中只能生成β氧化鉛；而電池是在酸性環(huán)境工作的。如果α氧化鉛一旦參與放電，再充電就只能生成β氧化鉛。也就是樹枝和樹干變成了樹葉。開始的時(shí)候，光合作用也可能會(huì)增加，但是很快樹葉堆積在一起，遮擋了陽(yáng)光，光合作用反而下降了，樹枝和樹干少了，我們就說是電池正極板軟化了。一堆沒有樹枝和樹干支撐的樹葉，就會(huì)脫離正極板；所以加液后，在充電析氣的時(shí)候，α氧化鉛就脫離了極板，形成我們看到的“黑液”。
產(chǎn)生正極板軟化的原因如下：
1、大電流放電，尤其是載人、帶貨、上坡、啟動(dòng)時(shí),電池放電電流可達(dá)到數(shù)十安培，電池正極板表面的氧化鉛參與反應(yīng)快，深層的氧化鉛反應(yīng)以后形成的局部硫酸已經(jīng)轉(zhuǎn)化為水了，缺少參與反應(yīng)的硫酸，而隔板的硫酸擴(kuò)散首先到達(dá)表面，所以表面的α氧化鉛被迫參與反應(yīng)，再充電以后就形成β氧化鉛，無(wú)法還原α氧化鉛，樹枝就變成了樹葉，正極板軟化就產(chǎn)生了。電摩長(zhǎng)期工作在大電流放電中，因此多數(shù)都會(huì)正極板軟化現(xiàn)象產(chǎn)生。
2、就是深度放電，比如經(jīng)常使用欠壓后的反升電。使正極板表面的β氧化鉛已經(jīng)不夠用了，所以α氧化鉛不得不參與反應(yīng)，造成了樹枝變樹葉，導(dǎo)致正極板軟化。正極板軟化，會(huì)使得脫落于樹枝的樹葉遮擋陽(yáng)光，也就是術(shù)語(yǔ)說的脫落的氧化鉛會(huì)堵塞通孔，形成半閉孔和閉孔，堵塞了硫酸通道，使得被堵塞的氧化鉛不能參與反應(yīng)，電池的容量也會(huì)明顯下降。
3、電池正極板析氣。由于充電器原因，轉(zhuǎn)浮充電壓過高，導(dǎo)致電池長(zhǎng)期處在過充電狀態(tài)，充電過程中極板孔隙中逸出大量氣體，在極板孔隙中造成壓力，在高電壓“沖刷”下而使活性物質(zhì)脫落，形成正極板軟化；所以，大量析氣不僅僅是會(huì)產(chǎn)生失水，而且也形成一些正極板軟化的條件。一些電池失水后，正極板反應(yīng)面積下降，對(duì)營(yíng)的正極板部分就無(wú)法發(fā)揮作用，電流會(huì)集中到其他沒有失水和硫化的部分，導(dǎo)致正極板局部軟化。使得單位面積正極板電流密度加大，也與大電流放電的失效的機(jī)理差不多；硫化會(huì)使得負(fù)極板真實(shí)反應(yīng)面積下降。所以，失水和硫化也是產(chǎn)生正極板提前軟化的一個(gè)重要原因。
4、大電流充電，這同樣會(huì)造成正極板的軟化。使用輸出電流大的充電器給小容量的電池充電，比如使用20AH的充電器給10AH電池充電，會(huì)使電池發(fā)熱，電解液溫度提高，從而使活性物質(zhì)膨脹、松軟并且易于脫落。
四、電池?zé)崾Э亍?br> 給蓄電池充電時(shí)，特別是到了末期，充電器不轉(zhuǎn)綠燈，同時(shí)電池嚴(yán)重發(fā)熱，如果測(cè)量充電電流發(fā)現(xiàn)電流可達(dá)2A或2A以上。發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)，析氣壓力過高，會(huì)導(dǎo)致電池殼受熱變形，直至電池報(bào)廢。
電池?zé)崾Э毓收袭a(chǎn)生的原因：
1、電池的失水。失水后，蓄電池中的超細(xì)玻璃纖維隔板發(fā)生收縮現(xiàn)象，使之于正負(fù)極板的附著力變得很差，內(nèi)阻增大，充放電過程中發(fā)熱量加大。經(jīng)過上述過程，蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量只能經(jīng)過池槽散熱，如散熱量小于發(fā)熱量，即出現(xiàn)溫度上升現(xiàn)象。溫度上升，使蓄電池析氣過電位降低，析氣量增大，正極板大量氧氣通過“通道”，在負(fù)極表面反應(yīng)。釋放出大量熱量，使溫度快速上升，形成惡性循環(huán)，即所謂的“熱失控”。最終溫度達(dá)到80℃以上電池就會(huì)發(fā)生變形。同時(shí)，在蓄電池中熱容最大的是水，水損失后，蓄電池?zé)崛荽蟠鬁p少，產(chǎn)生的熱量使蓄電池溫度升高很快。
2、單格落后。如果某一組電池的某一個(gè)單格電池發(fā)生嚴(yán)重落后，在充電的恒壓值不變的條件下，落后格的電壓不上升或上升緩慢，其他好的單格出現(xiàn)充電電壓相對(duì)過高，就會(huì)發(fā)熱；同樣一組電池中有一塊電池落后，也會(huì)導(dǎo)致一組中其他好的電池因過充電發(fā)熱，也會(huì)產(chǎn)生熱失控的問題。
3、充電電壓過高。一些劣質(zhì)充電器充電電壓高于規(guī)定值，致使電池析氣量增大，也會(huì)形成熱失控。
4、氧循環(huán)通暢。正極板析出的氧氣直接作用在負(fù)極板上，發(fā)生熱量不能及時(shí)排除，形成熱失控。
五、電池短路
1、蓄電池正、負(fù)極板直接接觸或被其他導(dǎo)電物質(zhì)搭接稱為極板短路。短路的電池，由于短路的原因不同，現(xiàn)象也不盡相同。
比如說一個(gè)電池某單格由于嚴(yán)重的枝晶短路，而存不住電，則在剛充完電時(shí)電壓正常，而放置一段時(shí)間后，電壓就會(huì)逐漸向11V靠攏。測(cè)電壓則可能得到11V~13V的任何數(shù)值，但放電時(shí)，其電壓往往會(huì)陡然下降2V；也有可能較快下降到10.5V，然后其放電曲線基本等同于正常電池，只是電壓低2V，此為軟短路。
2、如果是硬短路，測(cè)量電池開路電壓，一般是在10.5V~10.7V左右。
3、深放電時(shí)，用手觸摸電池，電池除發(fā)熱外，局部還有明顯的高熱點(diǎn)。
4、充電時(shí)，電壓上升很慢，始終保持低值，電解液溫度上升很高很快。
電池短路產(chǎn)生的原因：
1、為了增加電池的容量，目前電動(dòng)車電池的隔板相對(duì)比其他電池的隔板薄一些。負(fù)極板的硫酸鉛結(jié)晶長(zhǎng)大，充電以后有少量硫酸鉛遺留在隔板中，遺留在隔板上的硫酸鉛一旦被還原成為鉛，積累多了，電池就會(huì)出現(xiàn)微短路。這種現(xiàn)象叫做“鉛枝搭橋”。產(chǎn)生這種微短路，輕的產(chǎn)生單格電壓落后，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)單格短路。
2、極板上的活性物質(zhì)膨脹脫落，因脫落的活性物質(zhì)沉積過多，致使正、負(fù)極板下部邊緣或側(cè)面與沉積物相互接觸而造成造成正負(fù)極枝連接。
3、焊接極群時(shí)形成的“鉛流”未除盡或裝配電池時(shí)有“鉛豆”在正負(fù)極板間存在，在充放電過程中損壞隔板造成正負(fù)極相連短路。
4、超期儲(chǔ)藏并且沒有定期維護(hù)的電池，再充電時(shí)極板產(chǎn)生晶枝生成短路。
六、電池開路
電池開路是電池失效不多見的模式，主要表現(xiàn)為充不進(jìn)電，測(cè)量開路電壓可達(dá)到13V左右，但是放電沒有電流輸出；有的開路電池測(cè)端電壓在0V上下，用燈泡放電，燈泡不亮，嚴(yán)重時(shí)伴有蓄電池內(nèi)部打火現(xiàn)象。如果用導(dǎo)線將正負(fù)極短路打火，沒有星點(diǎn)火花。也可先用萬(wàn)用表檢測(cè)蓄電池端電壓為零，則再采用短路打火，若無(wú)火花，即可判斷電池開路。
電池開路形成的原因：
主要是電池生產(chǎn)裝配時(shí)，不當(dāng)焊接造成的。比如虛焊、假焊，電池經(jīng)一段時(shí)間的運(yùn)行后，就出現(xiàn)開路現(xiàn)象。因加酸不小心使酸液漏入引線焊點(diǎn)，腐蝕引線造成開路。電池開路一般出現(xiàn)在過橋、匯流條與極板焊接處，極板與極板引出端子等處。除上述電池失效模式以外，還存在其他類型的模式，由于其他失效模式一般不常見，在此就不再一一介紹了。
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