铅酸电池的失效模式

这是关于不间断电源（UPS）中电池作用的一系列单元的第四个。

尽管拥有百年经验、集体知识和广泛的铅酸电池偏好，它们并非没有一些缺点。前面的单元提到了一些问题。在本单元中，我们将更深入地探讨铅酸电池如何、何时以及为什么可能会过早失效。大多数条件可以通过适当的监控和维护来预防。以下是一些主要的考虑因素：

• 温度耐受性
• 脱水
• 热失控
• 骑自行车的能力
• 过度充电
• 少收费用
• 污染
• 典型的使用寿命预期
• 催化剂的作用

 温度

当我们谈论温度时，我们必须理解有两大主要温度状况：环境温度（即房间或空气温度）和内部温度（即电解液温度）。在这两者中，内部温度更为重要。当然，环境温度可以引起内部温度的变化，但内部温度的变化速率远远落后于外部温度的变化。例如，每天户外的温度可能会在昼夜之间变化六度（°C），而暴露在环境中的电池内部温度变化可能只有在一或两度之间。相反，内部温度也可以被与环境温度无关的因素所驱动（稍后会讨论）。

高温可以在短期内从电池中提取更多的能量，但会减少电池的寿命。相反，低温可以延长电池的寿命，但会减少可以从电池中提取的能量。高温最大的问题是脱水（电解质的蒸发），将在下面讨论。

电池制造商通常规定电池的最佳工作温度为25°C，并且所有的寿命承诺都是基于这个温度的。温度效应通常用半衰期来表示。你会听到“平均温度每高于25°C 10°C，电池的寿命就会减少50%。”这样的说法。有时这样的声明没有明确说明，但它们指的是电池内部的温度。短暂的温度变化，例如偶尔从25°C升至30°C几个小时，是可以忍受的，但如果连续几周或几个月的平均温度高于最佳温度，电池的寿命一定会缩短。

脱水

 通风电池（有时也称为“开放式”电池）一直在蒸发，但它们被设计成在电解液水平下降时容易被发现，并且可以补充水。VRLA电池，有时也称为“电解液不足”或“固定电解液”（或错误地称为“密封铅酸” [SLA] 或“免维护”），其电解液比通风电池少得多，而且电池内部的容器是不透明的，因此无法看到内部发生的情况。在理想条件下，蒸发产生的氧气和氢气在电池内重新组合成水。然而，VRLA阀在高温或内部压力高时会释放气体。偶尔的“ burp”是正常的，通常无关紧要。问题是长期释放气体。一旦释放，气体就永远失去了，电池也会干燥。这就是VRLA电池的额定使用寿命约为VLA电池寿命的一半的原因。这也是为什么VRLA经常被称为“低维护”（即不需要频繁补充电解液）。干燥是衰老的自然结果。过早的干燥是一种故障状态，可能导致其他故障模式。

热失控

 热失控是一种灾难性的故障。IEEE 1881定义热失控为：  “一种由电池充电电流或其他产生比电池能散更多内部热量的过程引起的状况。例如，过量的充电电流（由内部短路或不当充电引起）会产生热量。热量产生电阻。电阻产生更多的热量。这个循环可以继续直到热量足够高，使电池单元干燥并起火或熔化。有几种方法可以在循环早期检测和预防热失控。温度补偿充电是最常见的。它需要在电池的各个电池单元上 strategic 地放置温度传感器。随着温度的增加，充电电压按比例减少，直到完全停止充电。一些不间断电源（UPS）和外部电池充电器能够进行温度补偿充电。但是电池温度传感器通常只作为可选配置提供。    热失控将在未来的单元中更深入地讨论。

骑自行车的能力

骑行服务是指预计电池将频繁循环，浮充时间最短，这在风能、太阳能或由不可靠电网供电的系统中很常见。相比之下，UPS操作假定电池在其寿命的几乎所有时间内都将处于浮充状态。一个“循环”意味着电池放电然后充电回到其满容量。每次放电都会减少电池的寿命。一些电池类型在其寿命中只能容忍几次循环。其他电池类型可以容忍数千次短放电，但 fewer deep discharges。在购买之前，电池选择过程应考虑公用电源的可靠性，因此需要考虑频繁循环的可能性。

过度充电

过充电是指任何导致电池或电芯损坏的过度充电。它可能是由于人为错误（例如，设置充电器的参数不正确）或充电器故障导致的。在UPS应用中，充电电压根据充电阶段的不同而变化。例如，放电后的初始充电电压高于待机时的电压（称为“浮充”）。过充电会显著缩短电池的寿命，在最坏的情况下可能导致热失控。监控系统应能够检测并报警过充电情况。

 少收费用

 如名称所示，欠充电是指在必要时间内施加的电压低于维持电池在所需充电状态所需的电压。在长时间（例如几周或几个月）内，欠充电会导致电池容量的损失和/或由于自放电导致的电池寿命缩短。

污染

在阀控式铅酸蓄电池中，电解液污染极为罕见，通常是工厂缺陷。  蓄电池老化时可能会发生沉淀和剥落。  当电解液需要定期补充水时（例如，使用自来水而不是蒸馏水），阀控式铅酸蓄电池对污染更为敏感。

典型的使用寿命预期

“电池寿命”是一个模糊的概念，通常被营销人员夸大，他们使用诸如“设计寿命”或“使用寿命”这样的术语。 服务寿命是用户唯一关心的指标，IEEE 1881定义为，“在特定条件下使用的时间段，通常以安时容量降至额定容量特定百分比所需的时间段或周期数来表示。”因此，如果你预计你的电池会经历很多放电和/或会暴露在很多热量和/或会维护不当，那么你的电池的使用寿命将显著短于在最佳条件下的同款电池。对于小安时、高率的VRLA电池（即UPS电池），使用寿命可能只有三年左右。更大的VRLA电池可能可以使用八到十年。维护得当的VLA电池可能可以使用超过十五年。

催化剂

催化剂是一种添加到阀控式铅酸电池（VRLA）单元通风口的装置，用于改善单元内部的氢氧结合过程，从而减少干涸并延长电池的寿命。一些电池制造商在设计电池时会包括催化剂，从而增加电池的初始成本。催化剂有时也可以在售后作为配件安装，并且有时可以恢复老化的电池。然而，建议谨慎，因为现场修改引入了人为错误和/或污染的可能性，且应仅由工厂培训的技术人员进行操作。