蓄電池循環(huán)壽命測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

5 電池循環(huán)壽命的程序設(shè)計(jì)及測(cè)試分析
5．1 影響循環(huán)壽命的因素
5．1．1 放電深度
循環(huán)壽命與放電深度有著直接關(guān)系。通常來(lái)說(shuō)，加大放電深度會(huì)降低蓄電池的循環(huán)壽命。在系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)中，可以用這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)采用規(guī)定電池放電深度的策略得到所需的循環(huán)壽命。隨著放電深度的加大，電極內(nèi)部引起的應(yīng)力增大，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池壽命下降。還有該過(guò)程還涉及電極的機(jī)械膨脹和收縮、鋅電極的溶解問(wèn)題及電化學(xué)問(wèn)題。
5．1．2 溫度的的因素
溫度也是影響循環(huán)壽命的一個(gè)重要因素，同時(shí)影響著蓄電池的各個(gè)方面。總體來(lái)說(shuō)，鎳系列堿性電池在10～30攝氏度下性能最好。超出這個(gè)溫度的范圍，蓄電池的性能和循環(huán)壽命都將會(huì)降低。如果系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用環(huán)境能保證電池工作在最合適的溫度范圍內(nèi)，將會(huì)得到很好的性能和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。
5．1．3 失效機(jī)理
先前的鎳鋅電池的失效機(jī)理包含鋅的遷移、鋅電極的變形、枝晶短路和纖維素基隔膜的水解。當(dāng)今這些問(wèn)題都已基本上獲得了解決。通過(guò)應(yīng)用低溶解的鋅酸鈣電極技術(shù)，枝晶短路和變形問(wèn)題實(shí)際得到了消除。此外，鋅的遷移也很大的減少，隔膜體系也獲得大幅度改善，纖維素基隔膜也被穩(wěn)定的聚合物鋅遷移屏障材料所代替。密封鋅鎳蓄電池的失效原理主要有兩種：鋅電極的失效和電池的干涸。
即使應(yīng)用了地溶解度的鋅酸鈣電極，鋅電極在堿性電解質(zhì)中仍還有一定的溶解度。鋅可以在電解質(zhì)中生成復(fù)合鋅酸根離子，而后擴(kuò)散到整個(gè)蓄電池中。一部分鋅酸根沉積在鎳電極的孔隙中，如此會(huì)影響鎳電極，更影響蓄電池的性能，而且這也可以產(chǎn)生電池容量逐漸下降的其中一個(gè)原因。
5．2 循環(huán)壽命測(cè)試
在100％深度放電情況下，鋅鎳電池循環(huán)壽命能達(dá)400次以上。循環(huán)壽命在非常大的程度上決定于具體使用情況，影響原因有放電電流、放電深度、充電制度、過(guò)充電量、濫用程度、環(huán)境溫度以及力學(xué)環(huán)境。在電池進(jìn)行充放電循環(huán)時(shí)，蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生物理變化和劣化導(dǎo)致電池容量逐步下降。對(duì)于具體的電池設(shè)計(jì)，此種容量的逐漸下降屬于正常情況，并且能預(yù)見(jiàn)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能在總體產(chǎn)品規(guī)格和設(shè)計(jì)中指明蓄電池的老化狀況。在100％放電深度下，電池在容量下降到額定值的80％以前可以進(jìn)行450次循環(huán)。在循環(huán)壽命末期，電池容量衰減呈現(xiàn)增大現(xiàn)象，然而此種情況能看作是電池將要失效的一個(gè)早期預(yù)示。
鋅鎳電池的但電池的電壓特性與循環(huán)壽命的關(guān)系如圖5所示，所示圖中給出了放電中點(diǎn)電壓與循環(huán)壽命的關(guān)系。放電中點(diǎn)電壓被定義為電池在放電時(shí)的帶負(fù)載電壓，放電中點(diǎn)是基于蓄電池的放電容量來(lái)確定。循環(huán)中電池應(yīng)用100％深度放電，以C／2率(15 A)充放電。如在此加速測(cè)試條件下，蓄電池每天累計(jì)進(jìn)行3次循環(huán)，然而在非常多數(shù)的應(yīng)用中，電池每天僅循環(huán)一次。能看出，與容量逐步減少類(lèi)似，蓄電池的負(fù)載放電電壓也跟著循環(huán)次數(shù)的增加而逐步下降。引起電壓下降的原因是，隨著電極逐漸變干涸，電極慢慢產(chǎn)生劣化，因此導(dǎo)致電池電阻逐步增大。當(dāng)電池可以承受所施加的放電電流時(shí)，電壓的衰減按呈現(xiàn)線(xiàn)行狀、可預(yù)測(cè)的。而一旦當(dāng)電池不能承受這一電流時(shí)，也就沒(méi)法提“失效”如果這時(shí)減小放電電流，蓄電池可以繼續(xù)工作，并仍能放出80％以上的額定容量，能循環(huán)差不多500次。每一組數(shù)據(jù)都是在蓄電池放電深度是100％的情況下測(cè)出來(lái)的。
蓄電池的壽命是以電容下降到某一特定值前能夠承受的充放次數(shù)。恒流法的放電容量與放電電流有很大關(guān)系，并且放電溫度、充電制度、擱置時(shí)間等都會(huì)對(duì)電容有影響。在同樣的放電制度下，不同的充電制度對(duì)電池的充放電效率不一致，因此電池的放電容量也會(huì)有區(qū)別。同樣，在相同的充電制度下，擱置10 min與擱置1 h再進(jìn)行放電容量的測(cè)試，其結(jié)果也會(huì)有20％～5％的差別，具體視電池的自放電性能絕定。電池的壽命檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，常用的循環(huán)壽命檢測(cè)設(shè)備都與上計(jì)算機(jī)相連。在檢測(cè)時(shí)可預(yù)先設(shè)定檢測(cè)的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)或檢測(cè)設(shè)備的控制面板發(fā)送參數(shù)至檢測(cè)設(shè)備。發(fā)送時(shí)保證參數(shù)的準(zhǔn)確無(wú)誤。

6 結(jié)論
本系統(tǒng)結(jié)合蓄電池生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了蓄電池循環(huán)壽命參數(shù)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，并結(jié)合PC機(jī)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)和圖形化人機(jī)交互。還有測(cè)試系統(tǒng)精度好、數(shù)據(jù)記錄全、實(shí)現(xiàn)了高精度低成本的設(shè)計(jì)需求，可以很好的發(fā)展前景。