動力型VRLA電池故障樹分析

仲華，王杜友，李軍，胡國柱

（浙江天能電池（江蘇）有限公司，江蘇 沭陽 223600）

動力型VRLA電池故障樹分析

仲華，王杜友，李軍，胡國柱

（浙江天能電池（江蘇）有限公司，江蘇 沭陽 223600）

為了更好地掌握動力型閥控鉛酸蓄電池的特性，正確使用與維護蓄電池，延長電池的使用壽命，本文中采用故障樹分析方法對動力型 VRLA 電池進行了故障現(xiàn)象解析。通過分析，能夠快速、準確地找出故障產(chǎn)生的原因。

動力；閥控式鉛酸蓄電池；故障樹分析法；容量；使用與維護；活性物質(zhì)

0 引言

近年來，隨著電動觀光車、電動清潔車和電動巡邏車等專用特種車輛的普及，對 60～200 Ah 容量的動力型 VRLA 電池需求量逐年增加，此類電池在使用過程中陸續(xù)出現(xiàn)了許多新的問題。根據(jù)市場反饋、現(xiàn)場調(diào)查和退回電池的情況，得知導(dǎo)致動力型 VRLA 電池故障的因素很多，需要對動力型 VRLA 電池進行穩(wěn)定性分析，找出故障電池的主要失效機理[1]，進而在生產(chǎn)和使用中采取相應(yīng)的措施，以提高產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。

在本文中，采用故障樹分析法，分析可能造成動力型 VRLA 電池故障的各種因素，畫出故障樹圖，確定造成故障的各種可能因素產(chǎn)生的概率或者組合方式，來估算失效概率[2]，為開發(fā)、使用和維護產(chǎn)品提供定量和定性的依據(jù)，提高產(chǎn)品的可靠性。

1 FTA 分析

故障樹分析法（FTA）的優(yōu)勢是可以分析產(chǎn)品的多種失效狀態(tài)，既能對失效的影響進行分析，又能對失效的原因進行分析，用故障樹圖清晰表達邏輯思維過程，更容易找出產(chǎn)品在使用過程中的薄弱點和潛藏因素可能對其產(chǎn)生的影響，這樣有助于在分析過程中及時發(fā)現(xiàn)問題并找到適當?shù)耐緩絹斫鉀Q問題。定性分析和定量分析是 FTA 的兩種主要分析方法[3]，定性分析目的是求出最小割集，建立失效模型，這樣能夠去除多余的集合，進而簡化分析過程，通過概率論求解故障發(fā)生的概率 P(Z)。定量分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及其理論還不完善。

表1 故障樹分析常用邏輯符號及意義

2 動力型 VRLA 電池故障樹建立

根據(jù)市場調(diào)查、退回電池出現(xiàn)的故障及多年積累的資料，動力型 VRLA 電池故障基本可以分成容量下降快、無電壓、電壓低、電池發(fā)熱發(fā)鼓、端子松動和漏酸 6 個中間事件。分別對 6 個中間事件進行逐步分解，最后確定了放電深度過大、過充電、焊接不牢、短路、一致性差、硫酸鹽化等 30 個基本事件。由此建立動力型 VRLA 電池的故障樹，如圖 1 所示。

圖1 動力型 VRLA 電池故障樹

3 動力型 VRLA 電池故障樹分析、主要影響因素與改善措施

在構(gòu)造故障樹的過程中，我們把動力型 VRLA電池發(fā)生故障時最不希望出現(xiàn)的故障狀態(tài)作為分析目標，稱之為頂事件。確定頂事件后，找出促使頂事件發(fā)生的全部可能直接因素，即所謂的中間事件。然后追蹤到導(dǎo)致中間事件發(fā)生的狀態(tài)，即基本事件，直到找到全部的基本事件為止。根據(jù)追蹤和查找，用相應(yīng)的符號及邏輯門把相關(guān)事件的具體分析結(jié)果連接成故障樹。應(yīng)用 FTA 可迅速而準確地找出引起動力型 VRLA 電池故障的主要原因，并采取相應(yīng)的處理措施。

3.1 容量下降快

導(dǎo)致動力型 VRLA 電池容量下降快的原因很多，歸納起來有：放電深度過大、硫酸鹽化、大電流放電、低溫等。過度深放電會導(dǎo)致蓄電池正極板活性物質(zhì)脫落、軟化，同時加劇正極板的腐蝕，使電池容量降低，所以當電池放電到保護電壓 1.8 V/單格之后，就不能繼續(xù)使電池放電或利用電池的回升電壓繼續(xù)放電，應(yīng)該及時為蓄電池充電，避免因虧電存放而造成極板硫酸鹽化，容量下降，壽命縮短。大電流放電會導(dǎo)致電池內(nèi)部正極板活性物質(zhì)來不及參與化學(xué)反應(yīng)，而加速收縮與膨脹，經(jīng)常大電流放電會加劇電池內(nèi)部正極板活性物質(zhì)的脫落、軟化，導(dǎo)致電池容量降低，日常的使用中要盡量避免大電流放電，控制起動電流小于 1.5C3，放電電流小于 0.4C3。蓄電池在低溫情況下，活性物質(zhì)活度降低，-20 ℃ 時，正極板充電接受能力為常溫的 70 %，負極板充電受膨脹劑影響，充電接受能力僅為常溫的 40 %，因此低溫條件下充電主要有充電接受能力差、充電不足的問題，蓄電池充電時應(yīng)放置在溫暖的環(huán)境中，有利于保證電池充足電，防止不可逆硫酸鹽化，延長蓄電池壽命。

3.2 電壓低

導(dǎo)致電壓低的影響因素也有很多，如蓄電池放電后未充電、自放電大、充電器不匹配造成電池充電不足等。如果蓄電池長期充電不足，內(nèi)部未反應(yīng)的活性物質(zhì)會產(chǎn)生不可逆的粗大 PbSO4晶體（即不可逆硫酸鹽化）使蓄電池容量降低。充電不足和過充電都會嚴重影響電池的循環(huán)使用壽命。

3.3 電池發(fā)熱鼓漲

電池短路、串格、過充電都是影響電池發(fā)熱鼓漲的因素。如果充電器的充電參數(shù)與電池制造商提供的工藝參數(shù)不匹配，充電電流過大、電壓過高會導(dǎo)致蓄電池的過度充電，電池整體溫度上升。過充電時電池陽極產(chǎn)生的氧氣量大于陰極的吸收能力，引起電池內(nèi)壓增大以及活性物質(zhì)體積過度膨脹。在電池溫升、內(nèi)壓增大以及活性物質(zhì)過度膨脹的三重作用之下，電池易發(fā)熱鼓脹。過充電又造成氣體析出量增加，電池失水量增大，正板柵腐蝕加劇。同時，大量的氣體產(chǎn)生對陰陽極板活性物質(zhì)產(chǎn)生沖擊作用，使活性物質(zhì)軟化、脫落，致使蓄電池容量下降，壽命縮短。因此，應(yīng)該選擇配套的充電器，參考使用頻率，制定合理充電頻次。按絕大多數(shù)用戶的使用情況，冬天可以隨時用隨時充電，其它季節(jié)以放電深度為 70 %～80 % 時充一次電，使蓄電池壽命達到最佳效果。

4 結(jié)束語

故障樹分析方法具有簡明、直觀的特點，是對動力型 VRLA 電池故障分析的有效方法。利用動力型 VRLA 電池故障樹能夠幫助維護人員迅速地找出蓄電池的故障原因。確定了動力型 VRLA 電池故障的主要因素之后，通過對可能發(fā)生故障的各種因素進行分析，并采取相應(yīng)的改善措施，就可以預(yù)防或減少動力型 VRLA 電池故障的發(fā)生。

[1] 劉冬偉, 王優(yōu)強. 抽油桿斷脫故障樹分析[J]. 石油礦場機械, 2007(9): 91-93.

[2] 丁繼斌, 丁士清, 宋延?xùn)|. 故障樹分析在汽車使用與維護中的應(yīng)用[J]. 機械工程與自動化, 2009(5): 103-104.

[3] 何國偉. 機電產(chǎn)品的可靠性[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1989.

Fault tree analysis of the power VRLA battery

ZHONG Hua, WANG Duyou, LI Jun , HU Guozhu
(Zhejiang Tianeng Battery (Jiangsu) Co., Ltd., Shuyang Jiangsu 223600, China)

In order to better understand the characteristics of power valve-regulated lead-acid batteries, properly use and maintain the batteries, and prolong their service life, we analyzed the fault phenomena of power VRLA batteries by using fault tree analysis method. Through the analysis, the causes of failure of power VRLA batteries were found out quickly and accurately.

power; VRLA battery; fault tree analysis (FTA); capacity; usage and maintenance; active material

TM 912.1

B

1006-0847(2016)03-138-03

2016-03-28