蓄電池循環壽命測試系統設計分析

5 電池循環壽命的程序設計及測試分析
5．1 影響循環壽命的因素
5．1．1 放電深度
循環壽命與放電深度有著直接關系。通常來說，加大放電深度會降低蓄電池的循環壽命。在系統初始設計中，可以用這些實驗數據，來采用規定電池放電深度的策略得到所需的循環壽命。隨著放電深度的加大，電極內部引起的應力增大，進而導致蓄電池壽命下降。還有該過程還涉及電極的機械膨脹和收縮、鋅電極的溶解問題及電化學問題。
5．1．2 溫度的的因素
溫度也是影響循環壽命的一個重要因素，同時影響著蓄電池的各個方面。總體來說，鎳系列堿性電池在10～30攝氏度下性能最好。超出這個溫度的范圍，蓄電池的性能和循環壽命都將會降低。如果系統的設計和應用環境能保證電池工作在最合適的溫度范圍內，將會得到很好的性能和較長的循環壽命。
5．1．3 失效機理
先前的鎳鋅電池的失效機理包含鋅的遷移、鋅電極的變形、枝晶短路和纖維素基隔膜的水解。當今這些問題都已基本上獲得了解決。通過應用低溶解的鋅酸鈣電極技術，枝晶短路和變形問題實際得到了消除。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。
即使應用了地溶解度的鋅酸鈣電極，鋅電極在堿性電解質中仍還有一定的溶解度。鋅可以在電解質中生成復合鋅酸根離子，而后擴散到整個蓄電池中。一部分鋅酸根沉積在鎳電極的孔隙中，如此會影響鎳電極，更影響蓄電池的性能，而且這也可以產生電池容量逐漸下降的其中一個原因。
5．2 循環壽命測試
在100％深度放電情況下，鋅鎳電池循環壽命能達400次以上。循環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、過充電量、濫用程度、環境溫度以及力學環境。在電池進行充放電循環時，蓄電池內部產生物理變化和劣化導致電池容量逐步下降。對于具體的電池設計，此種容量的逐漸下降屬于正常情況，并且能預見。系統的設計能在總體產品規格和設計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％以前可以進行450次循環。在循環壽命末期，電池容量衰減呈現增大現象，然而此種情況能看作是電池將要失效的一個早期預示。
鋅鎳電池的但電池的電壓特性與循環壽命的關系如圖5所示，所示圖中給出了放電中點電壓與循環壽命的關系。放電中點電壓被定義為電池在放電時的帶負載電壓，放電中點是基于蓄電池的放電容量來確定。循環中電池應用100％深度放電，以C／2率(15 A)充放電。如在此加速測試條件下，蓄電池每天累計進行3次循環，然而在非常多數的應用中，電池每天僅循環一次。能看出，與容量逐步減少類似，蓄電池的負載放電電壓也跟著循環次數的增加而逐步下降。引起電壓下降的原因是，隨著電極逐漸變干涸，電極慢慢產生劣化，因此導致電池電阻逐步增大。當電池可以承受所施加的放電電流時，電壓的衰減按呈現線行狀、可預測的。而一旦當電池不能承受這一電流時，也就沒法提“失效”如果這時減小放電電流，蓄電池可以繼續工作，并仍能放出80％以上的額定容量，能循環差不多500次。每一組數據都是在蓄電池放電深度是100％的情況下測出來的。
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。恒流法的放電容量與放電電流有很大關系，并且放電溫度、充電制度、擱置時間等都會對電容有影響。在同樣的放電制度下，不同的充電制度對電池的充放電效率不一致，因此電池的放電容量也會有區別。同樣，在相同的充電制度下，擱置10 min與擱置1 h再進行放電容量的測試，其結果也會有20％～5％的差別，具體視電池的自放電性能絕定。電池的壽命檢測時間較長，常用的循環壽命檢測設備都與上計算機相連。在檢測時可預先設定檢測的參數，通過計算機或檢測設備的控制面板發送參數至檢測設備。發送時保證參數的準確無誤。

6 結論
本系統結合蓄電池生產的實際問題，實現了蓄電池循環壽命參數檢測的實時性，并結合PC機實現在線檢測和圖形化人機交互。還有測試系統精度好、數據記錄全、實現了高精度低成本的設計需求，可以很好的發展前景。