Анализ причин теплового разгона в аккумуляторах и отказов, связанных с утечкой

　　1. Причины теплового разгона в аккумуляторах
　　Существует множество факторов, способных спровоцировать тепловой разгон в аккумуляторах. Высокие зарядные напряжения и чрезмерное выделение газа могут привести к тепловому разгону. Если одна ячейка в аккумуляторном блоке подвергается тяжёлому тепловому разгону при неизменном значении постоянного напряжения заряда, остальные ячейки также будут испытывать относительно высокие зарядные напряжения, что также может привести к их тепловому разгону. К причинам теплового разгона аккумуляторов относятся:
　　(l) Реакция комплексообразования с кислородом является экзотермической реакцией:
　　2Pb + O₂ → 2PbO + Q₁
　　Q1 = 219,2 кДж/моль
　　PbO + H₂SO₄ → PbSO₄ + H₂O + Q₂
　　Q2 = 172,8 кДж/моль
　　Это приведёт к повышению температуры аккумулятора; если напряжение поддержания заряда своевременно не снизить, ток поддержания заряда увеличится, что, в свою очередь, вызовет более интенсивное выделение кислорода и усилит комплексную реакцию. По мере повторения и накопления этого цикла в конечном счёте в аккумуляторе наступит термический разгон. Тепло, выделяющееся в аккумуляторе, обусловлено кислородным циклом внутри него: как только напряжение заряда достигает 2,5 В на элемент, отрицательные пластины должны поглощать кислород, чтобы предотвратить потерю воды из аккумулятора. Однако при поглощении кислорода отрицательными пластинами выделяется значительное количество тепла — и если в аккумуляторе используется свинцово-сурьмянистый сплав решётки с плохим теплоотводом, вероятность термического разгона ещё больше возрастает.
　　(2) В компактно собранных аккумуляторах электролит находится в пористом сепараторе, что существенно осложняет отвод тепла. В отличие от традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов, в которых во время заряда можно перемешивать электролит для усиления газообразования и улучшения теплоотвода, данный тип аккумуляторов лишён такого преимущества. При возникновении локального короткого замыкания внутри аккумулятора его температура повышается ещё больше.
　　(3) Летом температура относительно высока — иногда даже превышает 35 °C — что приводит к соответствующему увеличению тока поддержания заряда. Если вовремя не снизить напряжение поддержания заряда, температура аккумулятора будет быстро повышаться. Чрезмерно высокое напряжение заряда вызывает чрезмерное выделение газов и запускает цикл избыточного окисления кислородом. Если даже в одном аккумуляторе батареи имеется внутренний микрокороткое замыкание, это также фактически приводит к повышению напряжения заряда.
　　(4) Предохранительный клапан не герметичен или давление срабатывания слишком низкое.
　　2. Анализ неисправностей, связанных с утечкой аккумулятора
　　Неисправности, связанные с утечкой электролита из аккумулятора, в основном обусловлены производственными дефектами — такими как чрезмерная заливка электролита, недостаточная герметичность, использование некачественных уплотнительных материалов или их старение — а не механическими повреждениями, возникшими при транспортировке или обращении с аккумулятором. В процессе производства некоторые производители наносят силиконовое масло вокруг клеммных выводов для повышения герметичности корпуса аккумулятора; вследствие этого во время эксплуатации вокруг клемм может происходить утечка некислых жидкостей. Это является нормальным явлением и не считается утечкой — необходимо внимательно различать эти случаи.
　　Для аккумуляторов с утечкой первым делом проводят визуальный осмотр, чтобы определить места утечки кислоты. Снимают крышку и проверяют область вокруг предохранительного клапана на наличие признаков просачивания кислоты; затем открывают предохранительный клапан и наблюдают, нет ли свободного течения электролита внутри аккумулятора. После выполнения этих процедур, если никаких отклонений по-прежнему не выявлено, проводят испытание на герметичность (погружают аккумулятор в воду, подают в него давление и следят за появлением пузырьков, поднимающихся на поверхность — их наличие свидетельствует о утечке кислоты). Наконец, во время зарядки следует контролировать наличие свободного течения электролита; его присутствие указывает на то, что проблема связана с технологическим процессом производства. Если во время зарядки наблюдается свободное течение электролита, его необходимо полностью слить.
　　Во время производства многие аккумуляторы после заливки электролита остаются в затопленном состоянии, при этом рекомбинация кислорода не происходит. Избыток электролита выводится в ходе цикла «три заряда — два разряда» при открытой крышке аккумулятора, что позволяет снова повысить плотность серной кислоты. При установке предохранительного клапана электролит ещё не полностью впитывается, и свободная кислота по‑прежнему присутствует. Даже если свободную кислоту своевременно удалить, аккумулятор всё равно остаётся в «квази‑бедном» состоянии: количество электролита в сепараторах относительно выше. Однако незначительное увеличение содержания электролита в сепараторах может препятствовать рекомбинации кислорода. В результате при первичной зарядке новых аккумуляторов выделение газа весьма интенсивно, что приводит к значительной потере серной кислоты — и, как следствие, к «утечке кислоты». Для гелевых аккумуляторов первые 50–100 циклов представляют собой переходный период от затопленного к бедному состоянию, в течение которого выделение газа особенно сильно. Выделяющийся газ уносит частицы геля, что дополнительно способствует «утечке кислоты».
　　Батареи, выпускаемые как в стране, так и за рубежом, в той или иной степени страдают от утечек, прежде всего в виде вытекания электролита из клеммных выводов и недостаточного герметичного соединения между корпусом батареи и её крышкой. Существуют два основных способа герметизации корпуса и крышки батареи: клеевая герметизация и термическая герметизация. При клеевой герметизации для уплотнения стыка между корпусом и крышкой используется эпоксидный клей; качество герметизации в значительной степени зависит от характеристик используемой эпоксидной смолы. Старение и растрескивание эпоксидной смолы являются одними из главных факторов, приводящих к утечкам в батареях.
　　Батареи, герметизированные эпоксидными клеями, нередко подвергаются значительным утечкам. Вместе с тем, при тщательном контроле состава эпоксидного клея и условий его отверждения можно добиться эффективной герметизации. Вскрытие батарей, в которых после герметизации эпоксидным клеем произошли утечки, показало, что в этих батареях герметик был связан с корпусом лишь на границе раздела, причём с весьма слабой адгезией, что делало его склонным к расслоению. В местах утечек наблюдались либо зазоры, где клей отсутствовал, либо трещины в герметизирующем слое. Поскольку эпоксидные клеи обладают относительно низкой текучестью (особенно при отверждении при низких температурах), отдельные локальные участки крышки герметизированного корпуса могут быть заполнены клеем неполностью, что создаёт пути для утечки.
　　Термосварка заключается в нагреве корпуса из АБС до определённой температуры — при которой материал приобретает определённую степень текучести и адгезии — перед заполнением зазора между корпусом аккумулятора и крышкой. Поскольку данный метод объединяет корпус и крышку в единый узел, весь герметичный шов между ними выполняется из АБС, что обеспечивает высокую надёжность герметизации и эффективно предотвращает утечки между корпусом и крышкой.