تحلیل خرابی شارژر

الکترولیت در باتری سرب-اسید همانقدر ارزشمند است مثل خون در بدن انسان، و اگر الکترولیت از دست بره، معنی آن این است که باتری ناپذیر شده است. الکترولیت از اسید سولفوریک تخلیه شده و آب تشکیل می‌شود. در طی فرآیند شارژ کردن، دشوار است که از دست رفتن آب را جلوگیری کنیم، و حالت شارژ متفاوت باعث می‌شود که میزان از دست رفتن آب نیز متفاوت باشد. حالت معمولی شارژ سه مرحله‌ای، میزان از دست رفتن آب در طی شارژ بیش از دو برابر حالت پالس کالین است! علاوه بر عمر طبیعی باتری، یک عمر از دست رفتن آب نیز وجود دارد: اگر یک باتری تنها بیش از 90 گرم آب از دست بده، باتری ناپذیر می‌شود. در دمای اتاق (25 ° در دمای معمولی (C)، تبخیر آب در شارژر عادی حدود 0.25 گرم است، در حالی که در شارژر پالس کالین 0.12 گرم است. در دماهای بالا (35 ° C)، تبخیر آب در شارژر عادی 0.5 گرم است، در حالی که در شارژر پالس کالین 0.23 گرم است. بر اساس این محاسبه، شارژر عادی پس از 250 دوره خشک خواهد شد، و شارژر پالس کالین پس از 600 دوره خشک خواهد شد. بنابراین، شارژر پالس کالین می‌تواند طول عمر باتری را بیش از دو برابر افزایش دهد.

① تبخیر آب ② ولکانیزاسیون ③ عدم تعادل ④ فرار حرارتی (تخته پر)

دو مورد اول (1) و (2) حدود 97 درصد خسارات باتری در بازار را تشکیل می‌دهند.

(1) تحلیل ① : علل اصلی تبخیر آب در باتری‌های سربی-اسیدی

شارژر وسیله نقلیه الکتریکی

الکترولیت در باتری سرب-اسید همانقدر ارزشمند است مثل خون در بدن انسان، و اگر الکترولیت از دست بره، معنی آن این است که باتری ناپذیر شده است. الکترولیت از اسید سولفوریک تخلیه شده و آب تشکیل می‌شود. در طی فرآیند شارژ کردن، دشوار است که از دست رفتن آب را جلوگیری کنیم، و حالت شارژ متفاوت باعث می‌شود که میزان از دست رفتن آب نیز متفاوت باشد. حالت معمولی شارژ سه مرحله‌ای، میزان از دست رفتن آب در طی شارژ بیش از دو برابر حالت پالس کالین است! علاوه بر عمر طبیعی باتری، یک عمر از دست رفتن آب نیز وجود دارد: اگر یک باتری تنها بیش از 90 گرم آب از دست بده، باتری ناپذیر می‌شود. در دمای اتاق (25 ° در دمای معمولی (C)، تبخیر آب در شارژر عادی حدود 0.25 گرم است، در حالی که در شارژر پالس کالین 0.12 گرم است. در دماهای بالا (35 ° C)، تبخیر آب در شارژر عادی 0.5 گرم است، در حالی که در شارژر پالس کالین 0.23 گرم است. بر اساس این محاسبه، شارژر عادی پس از 250 دوره خشک خواهد شد، و شارژر پالس کالین پس از 600 دوره خشک خواهد شد. بنابراین، شارژر پالس کالین می‌تواند طول عمر باتری را بیش از دو برابر افزایش دهد.

مشکل بزرگ باتری سربی-اسیدی در حین شارژ، استخراج گاز است.

بر اساس مطالعات علائم و قوانین استخراج گاز در فرآیند شارژ باتری‌های سربی-اسیدی توسط دانشمند آمریکایی J.A.Mas، برای دستیابی به نرخ بسیار کم استخراج گاز، باتری‌های سربی-اسیدی می‌توانند منحنی جریان شارژ زیر را پذیرفته شوند:

فرمول منحنی تولید گاز بحرانی این است: I=I0e-at %h^2

در فرآیند شارژ، جریان شارژ فراتر از قسمت منحنی تولید گاز بحرانی می‌رود که تنها می‌تواند منجر به واکنش الکترولیز آب باتری و تولید گاز و افزایش دمای باتری شود و ظرفیت باتری را افزایش نمی‌دهد.

① در مرحله شارژ جریان ثابت، جریان شارژ ثابت می‌ماند، برق ذخیره شده سریع افزایش می‌یابد و ولتاژ بالا می‌رود؛

در مرحله شارژ ولتاژ ثابت، ولتاژ شارژ ثابت می‌ماند، برق ذخیره شده ادامه می‌یابد تا افزایش یابد و جریان شارژ کاهش می‌یابد؛

③ باتری پر شده است، جریان زیر تبدیل به جریان شارژ شناور می‌افتد و ولتاژ شارژ به ولتاژ شارژ شناور کاهش می‌یابد؛

(4) در طی فاز شارژ شناور، ولتاژ شارژ به ولتاژ شارژ شناور ثابت می‌ماند;

مرحله معمولی سه‌گام شارژ، شارژ جریان ثابت است که عمدتاً برای در نظر گرفتن راحتی طراحی مدار است، نه برای اینکه عملکرد باتری را بسیار بهبود بخشد.

در انتهای مرحله شارژ جریان ثابت و ابتدای مرحله شارژ ولتاژ ثابت (منطقه سایه‌دار)، جریان فراتر از منحنی تولید گاز بحرانی می‌رود که باعث تولید گاز در باتری و کاهش عمر آن می‌شود.

جریان فراتر از منحنی تولید گاز بحرانی فقط باعث تولید گاز و افزایش دمای باتری می‌شود و به توان باتری تبدیل نمی‌شود؛ بنابراین کارایی شارژ کاهش می‌یابد.

تحلیل ② : علت گویاسازی باتری سربی

نگهداری بلندمدت باتری، شارژ مداوم فراتر از حد و کمتر از حد در فرآیند شارژ و آزادسازی جریان قوی در فرآیند استفاده می‌تواند به راحتی سبب گلخورده شدن باتری شود. ظاهر آن عبارت است از: یک بار خفیف، پر شدن کامل، که ما به آن "خرابی نادرست" باتری می‌گوییم. ماده سولفیدی سولفات به صفحات چسبیده و منطقه واکنش بین الکترولیت و صفحات را کاهش می‌دهد، بنابراین ظرفیت باتری به سرعت کاهش می‌یابد. از دست دادن آب گلخورده شدن باتری را افزایش می‌دهد؛ گلخورده شدن هم از دست دادن آب باتری را افزایش می‌دهد و می‌تواند به راحتی یک حلقه بد ایجاد کند.

(3) تحلیل ③ : عدم تعادل باتری‌های سربی-اسیدی

یک باتری معمولاً از سه یا چهار سلول تشکیل شده است. به دلیل مشکلات در فرآیند تولید، نمی‌توان تعادل مؤثری برای هر باتری دستیابی کرد. شارژرهای معمولی از جریان میانگین استفاده می‌کنند، بنابراین سلول با ظرفیت کمتر ابتدا پر می‌شود و سپس بارگذاری بیش از حد (overcharge) ایجاد می‌شود. در حالت آزادسازی، سلول با ظرفیت کمتر ابتدا خالی می‌شود و بار آزادسازی بیش از حد (overdischarge) ایجاد می‌شود. در بلندمدت، این چرخه بد باعث می‌شود کل گروه باتری‌ها ضعیف شوند و در نهایت به حالت خرابی برسند. در مرحله شارژ شناور (floating charge) شارژر سه‌مرحله‌ای، جریان کوچکی به مقدار 500mA وجود دارد که نقش آن جبران شارژ و پر شدن کامل باتری است. اما این موضوع دو اثر جانبی دارد: ۱- بعد از پر شدن، جریان اضافی قطع نمی‌شود، انرژی الکتریکی به حرارت تبدیل می‌شود و تجزیه آب را شتاب می‌دهد؛ ۲- شارژ با جریان کوچک منجر به شاخه‌بندی جریان بیشتر می‌شود و احتمال عدم تعادل در گروه باتری را افزایش می‌دهد.

(4) تحلیل ④ : مشکل گریز حرارتی باتری‌های سربی-اسید

تغییر شکل باتری ناگهانی نیست، معمولاً فرآیندی وجود دارد. وقتی باتری به ظرفیت 80 درصد شارژ می‌شود، وارد منطقه شارژ با ولتاژ بالا می‌شود. در این زمان، اکسیژن روی صفحه مثبت تراکم می‌شود و اکسیژن از طریق سوراخ در جداکننده به الکترود منفی می‌رسد و اکسیژن دوباره روی صفحه منفی فعال می‌شود: 2Pb+O2(اکسیژن)=2PbO+Q(حرارت); PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+Q(حرارت). هنگامی که واکنش حرارت تولید می‌کند، وقتی ظرفیت شارژ به 90 درصد می‌رسد، نرخ تولید اکسیژن افزایش می‌یابد، الکترود منفی شروع به تولید هیدروژن می‌کند، مقدار زیادی گاز فشار داخلی باتری را فراتر از فشار شیر افزایش می‌دهد، شیر امنیت باز می‌شود، گاز گریبان می‌افتد و عملکرد نهایی از دست دادن آب است. 2H2O برابر است با 2H2 ↑ +O2 ↑ . هنگامی که تعداد چرخه‌های باتری افزایش می‌یابد، آب به تدریج کاهش می‌یابد، که منجر به شرایط زیر برای باتری می‌شود:

(1) کانال اکسیژن هموار می‌شود و اکسیداسیون تولید شده توسط قطب مثبت می‌تواند به راحتی از طریق این «کانال» به قطب منفی برسد;

(2) ظرفیت گرمایی کاهش می‌یابد، ظرفیت گرمایی باتری بسیار زیاد است، اما پس از از دست دادن آب، ظرفیت گرمایی باتری به طور قابل ملاحظه ای کاهش می‌یابد و گرما تولید شده باعث افزایش سریع دمای باتری می‌شود;

(3) به دلیل پدیده کrimp شدن جداساز فیبر شیشه ای فوق العاده ریز در باتری پس از از دست دادن آب، چسبندگی آن با صفحات مثبت و منفی بدتر می‌شود، مقاومت داخلی افزایش می‌یابد و گرما تولید شده در فرآیند شارژ و دیشارژ افزایش می‌یابد. پس از این فرآیند، گرما تولید شده درون باتری فقط می‌تواند از طریق شکاف باتری دفع شود. اگر دفع گرما کمتر از خروجی گرما باشد، دمای داخلی افزایش می‌یابد. هنگامی که دما افزایش می‌یابد، بالاپتانسیل گازدار شدن باتری کاهش می‌یابد، حجم گاز تولید شده افزایش می‌یابد، مقدار زیادی اکسیداسیون صفحه مثبت از طریق "کانال" عبور می‌کند، روی سطح صفحه منفی واکنش می‌دهد و مقدار زیادی گرما تولید می‌کند، که باعث افزایش سریع دما می‌شود و یک چرخه بد شکل می‌دهد، که به این موضوع "فرار گرمایی" گفته می‌شود.