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鉛酸蓄電池修復(fù)原理及流程

更新時(shí)間:2024-09-21 04:18

蓄電池的修復(fù)是電動(dòng)車維修中經(jīng)常遇到的問(wèn)題,電池修復(fù)能否修復(fù)也是用戶比較關(guān)心的問(wèn)題之一,經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)踐,人們基本肯定了蓄電池修復(fù)的積極意義,首先用戶可以減少支出,降低電池使用成本,其次提供修復(fù)延長(zhǎng)電池壽命可以減少電池消耗量,節(jié)約資源,減少污染。

電池修復(fù)方法及原理

1859年法國(guó)物理學(xué)家普蘭特發(fā)明鉛酸蓄電池以來(lái),延長(zhǎng)電池使用壽命就成了人們研究的主要課題,長(zhǎng)期的實(shí)踐中,人們使用了很多辦法消除電池極板硫化,歸納起來(lái)有下面幾種:

1. 大電流充電:采用大電流充電,使大的硫酸鉛結(jié)晶溶解的方法,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),這種方法消除硫化只可以獲得暫時(shí)的效果,并且會(huì)在消除硫化過(guò)程中帶來(lái)加重失水和正極板軟化問(wèn)題,對(duì)電池壽命造成嚴(yán)重?fù)p傷,現(xiàn)在很少有人用這種簡(jiǎn)單的方法修復(fù)電池

2. 全充全放修復(fù)法(深放電修復(fù)):   全充全放修復(fù)法就是對(duì)蓄電池采取完全充滿電后,再完全放電的修復(fù)的方法。全充全放修復(fù)法主要是對(duì)輕度損傷的蓄電池具有一定的修復(fù)作用,同時(shí)此方法還可以有效的激活電瓶深層的活性物質(zhì),提高蓄電池容量。它適用輕度硫化的電池,內(nèi)阻較高的電池,此法的關(guān)鍵是放電一定要充分,并且是對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行單獨(dú)的充分放電,全充全放12次,蓄電池的容量一般都能得到提升。全充全放修復(fù)法不可經(jīng)常使用,最多三個(gè)月使用一次。 

   3. 淺循環(huán)大電流充電法: 對(duì)硫化電池,采用大電流5h率以內(nèi)電流,對(duì)電池充電至稍過(guò)充狀態(tài),控制電解液溫度不超過(guò)40為宜,然后放電30%,如此反復(fù)數(shù)次可減輕和消除硫化現(xiàn)象。 

此法機(jī)理,用過(guò)充電析出氣體對(duì)極板表面輕微硫化鹽沖刷,使其脫附溶解并轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)。 

此法特點(diǎn),對(duì)于輕微硫化可明顯修復(fù)。但對(duì)老電池不適用,因?yàn)樵谖龀鰵怏w沖刷硫酸鹽的同時(shí)也對(duì)正極板的活性物產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷,使活性物質(zhì)變軟甚至脫落。

4. 添加活性劑: 對(duì)硫化電池,加入純水與硫酸鈉、硫酸鉀、酒石酸等物質(zhì)混合液,采取正常充放電幾次,然后倒出純水加入稍高密度酸液調(diào)整電池內(nèi)酸液至標(biāo)準(zhǔn)液濃度,容量恢復(fù)至80%以上可認(rèn)為修復(fù)成功。 

此法機(jī)理,加入的這些硫酸鹽配位摻雜劑,可與很多金屬離子,包括硫酸鹽形成配位化合物。形成的化合物在酸性介質(zhì)中是不穩(wěn)定的,不導(dǎo)電的硫化層將逐步溶解返回到溶液中。 

采用化學(xué)方法,消除硫酸鉛結(jié)晶,不僅成本高,增加電池內(nèi)阻,并且還改變了電解液的原結(jié)構(gòu),修復(fù)后的使用期較短,副作用較大,其修復(fù)率約為40%左右。

5、脈沖修復(fù) : 對(duì)于硫化電池,可用一些專用的脈沖修復(fù)儀對(duì)電池充放電數(shù)次來(lái)消除硫化。 其一就是高電壓大電流脈沖充電,通過(guò)負(fù)阻擊穿消除硫化。這種方法速度快,見(jiàn)效快,但是對(duì)電池的壽命影響比較大。另外的方法就是采用小電流頻率高達(dá)8KHz以上,利用大結(jié)晶諧振的方法來(lái)溶解,這種方法修復(fù)比較慢,修復(fù)效果也比較好,但是,修復(fù)時(shí)間比較長(zhǎng),往往在120小時(shí)以上。

此法機(jī)理,從固體物理上來(lái)講,任何絕緣層在足夠高的電壓下都可以擊穿。一旦絕緣層被擊穿,就會(huì)由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。如果對(duì)電導(dǎo)差,阻值大的硫酸鹽層施加瞬間的高電壓,就可以擊穿大的硫酸鉛結(jié)晶。如果這個(gè)高電壓足夠短,并且進(jìn)行限流,在打穿硫化層的情形下,適當(dāng)控制充電電流,就不會(huì)引起電池析氣。電池析氣量取決于電池的端電壓以及充電電流的大小,如果脈沖寬度足夠短,占空比足夠大,就可以在保證擊穿粗大硫酸鉛結(jié)晶的條件下,同時(shí)發(fā)生的微充電來(lái)不及形成析氣,在充電過(guò)程中加入負(fù)脈沖,對(duì)減低電池溫升有作用,就更能保證在擊穿硫酸鹽層時(shí)減少極板的氣體析出,這樣就實(shí)現(xiàn)了脈沖消除硫化。 

 

從原子物理學(xué)來(lái)說(shuō),硫離子具有5個(gè)不同的能級(jí)狀態(tài),處于亞穩(wěn)定能級(jí)狀態(tài)的離子趨向于遷落到穩(wěn)定的共價(jià)健能級(jí)存在。在穩(wěn)定的共價(jià)鍵能級(jí)狀態(tài),硫以包含8個(gè)原子的環(huán)形分子形式存在,這8個(gè)原子的環(huán)形分子模式是一種穩(wěn)定的組合,難以躍變和被打碎,電池的硫化現(xiàn)象就是這種穩(wěn)定的能級(jí)。要打碎這些硫化層的結(jié)構(gòu),就要給環(huán)形分子提供一定的能量,促使外層原子加帶的電子被激活到下一個(gè)高能帶,使原子之間解除束縛。每一個(gè)特定的能級(jí)都有唯一的諧振頻率,諧振頻率以外的能量過(guò)高會(huì)使躍遷的原子處于不穩(wěn)定狀態(tài),過(guò)低能量不足以使原子脫離原子團(tuán)的束縛,這樣脈沖修復(fù)儀在頻率多次變換中只要有一次與硫化原子產(chǎn)生諧振,就能使硫化原子轉(zhuǎn)化為溶解于電解液的自由離子,在特定條件下轉(zhuǎn)回活性物質(zhì),重新參與電化學(xué)反應(yīng)。 

去硫化脈沖頻率取8.33KHZ以上,脈沖的瞬間電壓一般根據(jù)產(chǎn)品所體現(xiàn)的功能需要,采取的瞬間電壓為60V~300V之間,充電脈沖寬度900mS,間隔10mS,放電50mS,測(cè)試開(kāi)路電壓40mS上升沿陡直,除硫效果好;放電脈沖選用3歐姆電阻,放電電流為3~4.5A。從克服極化的角度來(lái)說(shuō)所加的負(fù)脈沖時(shí)間上要很短,一般在時(shí)間上往往是正脈沖的5%左右,幅度是正脈沖的1.5~3。

采用脈沖波使硫酸鉛結(jié)晶體重新轉(zhuǎn)化為晶體細(xì)小、電化學(xué)性高的可逆硫酸鉛,使其能正常參與充放電的化學(xué)反應(yīng),修復(fù)率約為60%左右。但修復(fù)時(shí)間長(zhǎng),需數(shù)十小時(shí)以上,甚至一周的時(shí)間,效率較低。

5. 水療法: 主要是通過(guò)硫化的極板在純水充電,是硫酸鹽逐步溶解并排除電池外。具體做法就是倒出電解液,換為純水,用0.05C左右的電流充電,充電十小時(shí)以上,再倒掉電解液,換為純水,反復(fù)充——放——充——放幾次,經(jīng)數(shù)十小時(shí)甚至十幾天,最后在充足電情況下用密度稍高電解液調(diào)整電池內(nèi)電解液密度至標(biāo)準(zhǔn)溶液,一般硫化現(xiàn)象可解除,容量恢復(fù)至80%以上可認(rèn)為修復(fù)成功。

 此法機(jī)理,加水降低了溶液的硫酸鉛的飽和度,用降低酸液密度提高硫酸鹽的溶度積,采取小電流長(zhǎng)時(shí)間充電以降低歐姆極化延緩水分解電壓的提早出現(xiàn),最終使硫化現(xiàn)象在溶解和轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)中逐漸減輕或消除,按照這一理論,如果用大電流充電,將電池溫度控制在45℃左右,并加以振蕩可以加大硫酸鉛溶解度,加快電化學(xué)反應(yīng)速度,除硫效果更明顯。

此法對(duì)于開(kāi)口式蓄電池比較適用,對(duì)于硫化嚴(yán)重現(xiàn)象亦可反復(fù)處理,無(wú)須投資設(shè)備即可自行修復(fù),缺點(diǎn)是過(guò)程太繁瑣,對(duì)密封電池不適用。

 

絕大多數(shù)的電池生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的電池都是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)合格的,一般的使用年限都應(yīng)該在3年左右。而實(shí)際情況是,許多電池在使用1年左右的時(shí)候就出現(xiàn)行駛里程短,充不進(jìn)電等現(xiàn)象。根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),電動(dòng)車電池一般在使用8個(gè)月的時(shí)候,就會(huì)出現(xiàn)缺水,再過(guò)2個(gè)月,也就是10個(gè)月的時(shí)候,就可能出現(xiàn)硫化現(xiàn)象,這個(gè)時(shí)候是電池修復(fù)的最佳時(shí)機(jī)。如果此時(shí)做好電池修復(fù),重新裝車使用,一段時(shí)間后,電池還會(huì)出現(xiàn)缺水而硫化,這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是對(duì)上一個(gè)過(guò)程的重復(fù),時(shí)間也基本是8個(gè)月左右。理論分析和實(shí)踐表明電池完全修復(fù)后使用68個(gè)月是正常的。

電池修復(fù)的方法很重要,最好的方法是加蒸餾水,用脈沖方法進(jìn)行除硫修復(fù),再根據(jù)電池的實(shí)際情況其它的技術(shù)處理,這才是真正的無(wú)損修復(fù)。我們主張不要輕易添加化學(xué)試劑,因?yàn)檫@會(huì)改變電池內(nèi)的成分組成和對(duì)極板造成損傷,它所產(chǎn)生的效果是短期的,且極易造成熱失控等問(wèn)題,最后導(dǎo)致電池徹底報(bào)廢。

另外實(shí)踐證明任何方法結(jié)合脈沖方式都將有利于提高修復(fù)效果。

鉛酸蓄電池的修復(fù)流程

1. 修復(fù)步驟:電池的修復(fù)大體上可以分四步,選、判、修、檢:

選——就是對(duì)電池進(jìn)行初步挑選,將沒(méi)有修復(fù)價(jià)值的電池挑選出來(lái),減少修復(fù)的盲目性。

判——就是對(duì)初選合格的電池進(jìn)行檢查判斷,繼續(xù)剔除難以修復(fù)的電池;然后根據(jù)電池的具體情況,選擇合適的修復(fù)流程對(duì)電池進(jìn)行修復(fù)。

修——就是選擇合適的修復(fù)方法和修復(fù)流程,對(duì)有修復(fù)價(jià)值的電池進(jìn)行修復(fù)。

檢——就是對(duì)經(jīng)過(guò)修復(fù)的電池進(jìn)行測(cè)量,檢驗(yàn)修復(fù)效果,為電池的使用提供依據(jù)。。

2. 挑選電池參考標(biāo)準(zhǔn): 電池修復(fù)主要針對(duì)的是硫酸鹽化的電池。對(duì)于物理性損壞,如短路、斷路、極板軟化、外形破裂、老化報(bào)廢的電池不能修復(fù),初步選擇標(biāo)準(zhǔn)如下:

1)外觀良好,無(wú)鼓脹、變形及漏液現(xiàn)象。

2)電池出廠在兩年以內(nèi)(看批號(hào)),使用兩年以上的電池沒(méi)有修復(fù)價(jià)值。

3)容量不低于額定容量的40%,容量低于額定容量40%的電池,修復(fù)后難以達(dá)到理想容量值。

4)電池不虧電時(shí)開(kāi)路端電壓高于12V。用萬(wàn)用表測(cè)量電池電壓,如果電壓顯示低于12V,這樣的電池內(nèi)部已出現(xiàn)斷格或短路,不能修復(fù)。

測(cè)量蓄電池開(kāi)路電壓時(shí),蓄電池應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài),蓄電池充、放電或加注蒸餾水后,應(yīng)靜置半小時(shí)后再測(cè)量。蓄電池開(kāi)路電壓可用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量,將萬(wàn)用表的正、負(fù)表筆分別與蓄電池的正、負(fù)極相接即可。

  蓄電池端電壓可以反應(yīng)蓄電池的存電程度,它們之間的關(guān)系見(jiàn)表1

1 電池端電壓和存電量的關(guān)系

存電量(%)

100

75

50

25

0

蓄電池電壓(V

12.6

12.4

12.2

12

11.9

即使剛剛放完電的電池,電壓也應(yīng)該大于等于11.6V

5)用活性劑修復(fù)過(guò)的電池,不能修復(fù)。因?yàn)槭忻嫔系碾姵匦迯?fù)活性劑都含有碳的成份,從而使電池的原液中含有雜質(zhì),時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)造成沉淀,所以不能修復(fù)。

6)有條件的可以測(cè)量電池內(nèi)阻,如果電池內(nèi)阻比新的時(shí)候增加了100%,則應(yīng)該考慮放棄修復(fù)。

3. 檢查判定

1)檢查是否缺水:

充足電后,由于硫酸濃度比失水前高,開(kāi)路電壓較高;密封蓄電池難以測(cè)量硫酸濃度,電池電壓達(dá)到13.4V應(yīng)以上考慮是否失水。

一般使用8?jìng)€(gè)月以上的電動(dòng)車電池都存在不同程度的缺水。 

2)硫化判斷

電池出現(xiàn)下列情況可以認(rèn)為電池已經(jīng)出現(xiàn)硫化,

1)電池容量降低,電壓下降0.1V放出電量最多只有0.5Ah;

2) 電解液密度低于正常值;

3)開(kāi)始充電和充電完畢時(shí)電池端電壓過(guò)高;特別是用小于0.5A電流對(duì)電池充電時(shí),電壓升高較快,迅速達(dá)到較高的水平(>14.4V)

4)充電時(shí)過(guò)早產(chǎn)生氣泡或開(kāi)始充電就產(chǎn)生氣泡(開(kāi)口電池);

5)充電時(shí)電解液溫度上升較快。

3)極板軟化判斷

開(kāi)口電池如果有黑色物質(zhì)從電池里浮上來(lái),說(shuō)明極板軟化,抽取電解液,如果電解液不是很渾濁,電池修復(fù)后還可繼續(xù)使用,如果電解液是黑色的,說(shuō)明極板軟化嚴(yán)重,電池難修復(fù)。

密封蓄電池沒(méi)有明液,極板軟化的電池只有加水后振蕩才能看到深色電解液,電池放電時(shí)電壓不低于正常值,甚至還要高,放電到12V之前幾乎是一切正常,但在12V左右,會(huì)突然飛速下降,拐點(diǎn)大幅度提前,我們可以認(rèn)為是發(fā)生了較嚴(yán)重的極板軟化。

4)電池放電測(cè)量時(shí),如果電池開(kāi)始放電時(shí)負(fù)載電壓每下降0.1V,放出容量低于0. 4C或負(fù)載電壓在11.8V以下迅速下降,一般電池的容量要低于額定容量的40%,這樣的電池一般沒(méi)有修復(fù)價(jià)值。

4修復(fù)流程 對(duì)于密封蓄電池一個(gè)基本的修復(fù)流程包括初步挑選、信息記錄、放電測(cè)量、補(bǔ)充液體,脈沖修復(fù)、測(cè)量判斷幾部分,使用脈沖法修復(fù)電池的修復(fù)流程見(jiàn)圖4-22;

使用添加劑的修復(fù)流程如圖4-23;開(kāi)口蓄電池可以采用水療法修復(fù),其流程如圖4-24所示。

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