Fejlen ved blysyrebatterier kan tilskrives forskellige faktorer, herunder vulkanisering, vandtab, termisk uregelmæssighed, tab af aktive stoffer, afkøling af pladen osv. I de følgende afsnit vil vi introducere og analysere hver af disse faktorer individuelt.

1. Vulkanisering

Processen med opladning og afladning af blysyrebatterier involverer en elektrokemisk reaktion. Blysulfat dannes ved afladning, og under opladning reduceres blysulfat til blyoxid.

Selvom denne elektrokemiske proces normalt er reversibel, har blysulfat en tendens til at krystallisere. Når koncentrationen af blysulfat i batteriets elektrolytiske opløsning er for høj eller den statiske tomgangstid er for lang, dannes der klumper og små krystaller.

Disse små krystaller tiltrækker det omgivende blysulfat og danner store, inaktive krystaller, hvilket forstyrrer den oprindelige reversible proces og fører til irreversibel blysulfatopløsning er for høj eller den statiske tomgangstid er for lang, danner den klumper og små krystaller. Disse små krystaller tiltrækker det omgivende opløsning, der opløser det krystalliserede blysulfat og resulterer i, at det ikke kan reduceres til blyoxid; i stedet adsorberes det på gitterpladen.

Dette fører til en reduktion i netpladenes arbejdsområde, varmetab i blysyrebatteriet og en reduktion i batterikapaciteten, et fænomen kendt som svovlingsforandring. Vulkanisering kan også forårsage kortslutninger, afslapning og afgivelse af aktive stoffer, deformation af netpladen og brud samt andre komplikationer.

Vulkanisering er en uundgåelig proces, så længe blysyrebatterier anvendes. Imidlertid har blysyrebatterier i visse applikationer en længere levetid sammenlignet med dem, der anvendes i elcykler, på grund af et mindre gunstigt arbejdsmiljø for vulkanisering.

I modsætning til startbatterier til biler, som forbliver i en flydende ladetilstand efter tænding og afladning, akkumuleres der en betydelig mængde blysulfat i elbilers batterier under afladning. Hvis et elbilbatteri er dybt afladt, er koncentrationen af blysulfat høj, og det bliver derfor svært at oplade batteriet straks efter brug. Hvis det afladte blysulfat ikke oplades rettidigt, dannes der krystaller.

Cykleniveauet for blysyrebatterier varierer betydeligt afhængigt af afladningsdybden. Jo dybere afladningsdybder, desto færre cyklusser. Jo mere dybe afladningsdybder, desto flere cyklusser. Testresultaterne viser følgende sammenhæng mellem afladningsdybde og cyklusser:

Under kontinuerlige cyklusser med høj strøm på 70% 1C ved opladning og 60% 2C ved afladning i nogle blysyrebatterier ødelægges betingelserne for dannelse af store blysulfatkrystaller, hvilket mindsker skaderne forårsaget af vulkanisering af blysyrebatterier.

Hvis testen imidlertid afbrydes for tidligt, kan der opstå problemer relateret til vulkanisering af blysyrebatterier. På grund af batteriets betydelige vægt oplader nogle brugere ofte batteriet efter flere brugs- og afladningscyklusser. Hvis batteriet ikke oplades omgående efter afladning, kan det føre til alvorlig svovlensyreforringelse af blysyrebatteriet.

Desuden er den relativt høje andel svovlsyre i blysyrebatterier en afgørende faktor for deres svovlsyreforringelse. Svovlsyreforringelse nedsætter den negative pladnes evne til at cirkulere ilt og fremskynder vandtabet. Følgelig øger en højere andel svovlsyre i blysyrebatterier sandsynligheden for vulkanisering af blysyrebatterier. Selvom graden af svovlsyreforringelse kan variere, har dens indvirkning på levetiden for blysyrebatterier en universel karakter.

2. Vandtab

En grundlæggende princip for forseglede blysyrebatterier er, at efter oxygenudvikling fra den positive elektrode udvikler hydrogen sig direkte til den negative elektrode, hvor det reduceres til vand. Den parameter, der bruges til at vurdere den tekniske ydeevne for blysyrebatterier, kaldes “sikringseffektivitet”, og dette fænomen omtales som “oxygencyklussen”. Denne proces sikrer minimal vandtab i blysyrebatterier og opnår en “vedligeholdelsesfri” tilstand, hvor der ikke er behov for tilføjelse af vand. Den forseglede blysyrebatteris oxygencyklus er imidlertid kompromitteret i elcykler, hvilket resulterer i betydelig vandtab fra batteriet.

For at opnå fuld opladning inden for 8 timer under opladningen med tre faser med konstant spænding, sættes den konstante spænding på en 36V-oplader til 44,4 V. Med tre enkeltbatterier, der hver har 18 celler (svarende til 2,466 V pr. celle), er den positive plades iltudviklingsspænding 2,35 V og den negative plades vanddannelsesspænding 2,42 V.

For at reducere den angivne opladningstid har nogle opladerproducenter øget strømmen fra konstant spænding til flydende opladning. Når opladningsindikatoren viser fuld opladning, kan batteriet ikke være fuldt opladet, hvilket kompenseres ved at øge den flydende opladningsspænding. Som følge heraf har mange opladere en flydende opladningsspænding, der er 2,35 V højere end den enkelte netspænding, hvilket fører til vedvarende iltudvikling under flydende opladningsfasen. Den dårlige iltcyklus i blysyrebatterier resulterer imidlertid i konstant udslip under flydende opladningsfasen. Producenterne har øget strømmen fra konstant spænding til flydende opladning. Når opladningsindikatoren viser fuld opladning, kan batteriet ikke være fuldt opladet, hvilket kompenseres ved at øge den flydende opladningsspænding. Som følge heraf har mange opladere en flydende opladningsspænding, der er 2,35 V højere end producenten har angivet for strømmen fra konstant spænding til flydende opladning. Efter at ladelydstyret viser fuld opladning, kan batteriet ikke være fuldt opladet, hvilket kompenseres ved at øge den flydende opladningsspænding. Som følge heraf har mange ladere en flydende opladningsspænding; producenterne har øget strømmen fra konstant spænding til flydende opladning. Efter at ladelydstyret viser fuld opladning, kan batteriet ikke være fuldt opladet, hvilket kompenseres ved at øge strømmen fra konstant spænding til flydende opladning. Efter at ladelydstyret viser fuld opladning, kan batteriet dog stadig ikke være fuldt opladet, hvilket kompenseres ved at øge strømmen fra konstant spænding til flydende opladning. Efter at ladelydstyret viser fuld opladning kan batteriet dog fortsat ikke være fuldt opladet, hvilket kompenseres ved at øge strømmen fra konstant spænding til flydende opladning. Efter at ladelydstyret viser fuld opladning kan batteriet dog fortsat ikke være fuldt opladet, hvilket kompenseres ved at øge

En 36V blysyrebatterigruppe består af tre enkeltceller, hver med seks celler, hvilket tilsammen giver mere end 15 positive og negative gitterplader pr. celle. En batterigruppe består af mindst 270 loddemonteringer, og hvis endog en tusindedel af disse monteringer er defekt, vil én ud af hver fire batterigrupper blive diskvalificeret. Bly-kalciumplader, der er modtagelige for loddemonteringsproblemer på grund af calciumfældning, bruges ofte af batterifabrikanterne. De lavantimiumlegeringsplader, der anvendes i disse batterier, har en lavere gasudviklingsspænding, hvilket fører til øget luftudslip og mere betydelig vandtab. producenter. Th

Selvom den standard specifikke tyngde for svovlsyre til flydende blysyrebatterier bør ligge mellem 1,21 og 1,28, har batterier til elcykler, der er designet til høj kapacitet og høj strømstyrke, ofte svovlsyre med en specifik tyngde på omkring 1,36 til 1,38. Den højere andel af svovlsyre intensiverer batteriets sulfatering og påvirker dets evne til at cirkulere ilt og fremskynder vandtabet. Denne vandtab giver en højere andel af svovlsyre, hvilket gør blysyrebatteriet mere modtageligt for vulkanisering.

Således øger svovelforurening vandtabet, og øget vandtab forværrer i sin tur svovelforureningen. For brugere er det afgørende at sikre korrekt tætning for at undgå de ubeskrivelige konsekvenser af syreudslip. Men at fremme begrebet “vedligeholdelsesfri” i forbindelse med elbiler i overdreven grad kan være uhensigtsmæssigt.

3. Termisk ulykke

Efter at ladestrømmen i en blysyrebatteri når 70% V, øges polarisationsspændingen, hvilket initierer en gradvis stigning i den sidefase, der opstår ved opladning og elektrolysen af vandet. Når den ladede cellespænding når 2,35 V, dannes der ilt på den positive plade, og ved 2,42 V begynder den negative plade at producere hydrogen. I løbet af denne periode omdannes den ladede elektriske energi til kemisk energi, hvilket øger elektrolytisk vandomdannelsen. Gasudviklingen under opladningen afhænger af opladningsspændingen, og mængden af gasudvikling påvirkes af opladningsstrømmen efter at have nået gasudviklingsspændingen.

Derfor er gassudviklingen under opladningsprocessen størst, når spændingen nærmer sig sit maksimale niveau ved konstant spænding og ladestrømmen opretholder den aktuelle grænseværdi. Når spændingen indstilles til konstant, bør ladestrømmen gradvist falde, hvilket resulterer i en reduktion i gassudviklingen. Da opladning er en eksoterm reaktion, er den normalt designet til at styre temperaturstigningen i blysyrebatterier.

Men efter en kraftig gassing af en blysyrebatteri genererer den sammensatte ilt i vandet på den negative plade mere varme end under opladning. Lukket blysyrebatterier har som mål at opnå god iltkredsløbskapacitet på den negative plade, men denne cirkulation genererer varme. Derfor er iltkredsløbet en dobbeltsidet sværd, der både giver fordel ved reduceret vandtab og den ulempe, at det opvarmer batteriet.

Under konstant spændingstræning bidrager også den iltcykliske strøm til ladestrømmen og nedsætter dermed hastigheden af nedgangen i ladestrømmen. Alligevel kan opvarmningen af blysyrebatteriet få ladestrømmen til at falde langsommere eller endda stige i omvendt retning. Opvarmningen af batteriet kan føre til en reduktion i ladestrømmen, når den vender tilbage, hvilket resulterer i en fortsat stigning i strømgrænsen. Dette medfører høj varme, der akkumuleres, indtil batterikabinetten bliver termisk blødt og deformeret, hvilket får batteriet til at bule på grund af det indre høje lufttryk.

Det er batteriets termiske uregelmæssigheder, der forårsager skader på batteriet. Når blysyrebatteriet er blevet kraftigt hævet, opstår også problemer som syreudslip og luftudslip, hvilket fører til alvorlige batteriefejl. Der er forskellige faktorer, der kan fremkalde udvidelse af batteriet. Hvis opladningsspændingen er høj og gasskiftningen betydelig, er der stor sandsynlighed for termisk uregelmæssighed.

Hvis en gruppe batterier eller en enkeltcellebatteri halter betydeligt, og den konstante spændingsværdi ved opladning forbliver uændret, vil andre enkeltcellebatterier opleve en relativt høj opladningsspænding, hvilket fører til problemet med termisk uregelmæssighed. For at reducere sandsynligheden for termisk uregelmæssighed sænker mange opladerproducenter den konstante spænding til 43 volt, men dette resulterer uundgåeligt i underladning. Producenterne sænker den konstante spænding

En anden årsag til varmen, der opstår under opladningen af blysyrebatterier, er sulfatisering. Sulfatisering øger direkte batteriets interne modstand, hvilket i sidste ende forårsager øget opladningsvarme. Denne opvarmning øger også den oxygencirkulerende strøm, hvilket gør batterier med alvorlig sulfatisering mere modtagelige for termisk uregelmæssighed.

Analysen af svigtmulighederne for blysyrebatterier til elcykler viser, at 90 procent af de svigtende batterier udviser alvorlige vandtab. Gelbatterier oplever mindre vandtab end almindelige batterier, hvilket potentielt kan resultere i en længere levetid. Gelbatterier udviser også mindre selvudladning under opbevaring, hvilket kan ses ved forholdet mellem kapacitetsnedgang efter opbevaring. Selvom de har et bestemt indre tryk, oplever gelbatterier mindre vandtab på grund af gasudvikling end almindelige batterier.

Hver gang ventilen åbnes, forsvinder en del varme i gasen. Kolloidale blysyrebatterier har færre ventilåbninger end almindelige blysyrebatterier, og deres fordel ligger i reduceret vandtab. Men færre gas- og vandtab, færre ventilåbninger og mindre varme, der fordamper fra batteriet, resulterer i højere indvendig temperaturstigning sammenlignet med almindelige batterier. Øget indvendig temperatur fører i sin tur til højere selvladning og varmeproduktion.

Således er gasudviklingsmængden i sommermånederne med højere omgivelsestemperaturer på sit maksimum på grund af det reducerede niveau for gasudvikling, hvilket resulterer i en højere temperaturstigning. Dette øger sandsynligheden for, at kolloidale blysyrebatterier kommer i termisk ubalance.

4. Aktivt stof, der falder af, og blødgøring af elektrodepladen

Det aktive stof i den positive plade i en blysyrebatteri består af blyoxid α-PbO2 og β-PbO2. Alpha-PbO2, der er hårdt og har lav kapacitet, hæfter til elektrodpladen i form af huller for at udvide elektrodpladens overflade og give støtte. Beta-PbO2, der er fastgjort til det skelet, der består af PbO2, har en langt stærkere opladningskapacitet end alfa-PbO2. Blysulfat dannes efter afladning af blyoxid, og i en kraftig syremiljø rammer β-PbO2 den aktive substans og falder af samtidig med at alfa-PbO2 falder af.

Flere faktorer bidrager til udskillelsen af aktive stoffer:

1. Uensartet fordeling af aktive stoffer på elektrodpladen fører til afskrivning på grund af forskellig ekspansionsspænding under afladning.
2. Overladning og undervoltage i blysyrebatteriet reducerer β-PbO2 og får α-PbO2 til at deltage i afladningsreaktionen og generere blysulfat.
3. Udvidelsesspændingen i sulfidkrystaller, der vokser på elektrodpladen, kan også føre til afgivelse af aktive stoffer.

Når den positive plade blødgøres, ødelægges den porøse struktur, der understøtter den. Den sammenpressede porøse struktur reducerer det faktiske område, der er involveret i reaktionen, hvilket nedsætter kapaciteten i blysyrebatteriet. Forhindring af overopladning og modvirkning af svovlingsdannelse er afgørende for at kontrollere blødgøringen af den positive plade. Levetiden for et normalt brugt blysyrebatteri afhænger af blødgøringen af den positive plade uden dehydrering, vulkanisering og overopladning.

5. Kortslutning

Led-syrebatteriets kortslutning refererer til forbindelsen mellem de positive og negative polgrupper inde i batteriet. For at øge led-syrebatteriens kapacitet øges antallet af plader i elbilers batterier generelt, hvilket resulterer i en tyndere separator sammenlignet med andre batterier. Ledningsulfatkrystallerne på den negative plade vokser, og efter opladning forbliver en del af ledningsulfatet i separatoren. Når ledningsulfatet i separatoren reduceres til kobber, oplever led-syrebatteriet et mikrokortslutning, kendt som “ledningsbro”.”

Denne lille kortslutning forårsager en forsinkelse i det enkelte netspænding, og i alvorlige tilfælde kan der opstå kortslutning i nettet. Ekspansionen og afgivelsen af aktive stoffer på pladen kan også forårsage sammenkobling af de positive og negative plader.

6. Ubalance

Selvom mange blysyrebatterier yder gode resultater i individuelle tests, kan serieproducerede blysyrebatterier opleve udfordringer på grund af oprindelige gruppefejl, såsom forskelle i kapacitet og åbenstrømsspænding. Batterier med højere spænding kan miste vand under opladning, mens batterier med lavere spænding kan være underladet. Dette fører til overladning i batterier med lav spænding, hvilket forårsager vulkanisering af blysyrebatteriet. Når cyklussen med opladning og afladning fortsætter, er den svovlerede monomer i blysyrebatteriet mere modtagelig for svovlning, hvilket udvider denne forskel og i sidste ende påvirker hele batterigruppens levetid.

7. Kan ikke oplades

Den terminale udladningsspænding for et 12V blysyresk batteri er 10,5 V. Hvis der opstår en tvungen udladning under dette terminalspænding, har blysyresk batteriet en høj risiko for at miste sin genopladningskapacitet. Elektriske køretøjsstyringer har normalt en beskyttelsesanordning. Når blysyresk batteriet når den terminale spænding, afbryder beskyttelsesanordningen strømmen med magt. Men hvis beskyttelsesanordningen svigter eller batterispændingen stiger efter et strømsvigt, kan beskyttelsesanordningen ikke bedømme situationen korrekt.

8. Selvladning af blysyrebatteri

Fænomenet, hvor fuldt opladede blysyrebatterier gradvist mister strøm, når de ikke er i brug, kaldes selvudladning. Selvudladning er uundgåelig, og under normale forhold bør den daglige udladningshastighed ikke overstige 0,35% til 0,5%. De vigtigste årsager til selvudladning af blysyrebatterier omfatter:

• Elektrodeskiven eller elektrolytten indeholder urenheder, hvilket fører til dannelsen af en spændingsforskel mellem urenhederne og elektrodeskiven eller mellem forskellige urenheder. Dette skaber en lokal batteriposition inden for kredsløbet dannet af elektrolytten, hvilket genererer en lokal strøm, der oplader blysyrebatteriet.

• Membranen er beskadiget, hvilket resulterer i en kortslutning mellem de positive og negative plader.

• Elektrolytten eller vandet på overfladen af blysyrebatteriets beholder fungerer som en leder mellem polerne og forårsager afladning af blysyrebatteriet.

• Overdreven udskillelse af aktive stoffer, som fører til aflejring nederst i batteriet, medfører kortslutning af elektrodpladen og afladning.