過放電

過放電 （overdischarge） 即過度放電。蓄電池放電時，貯存的電能逐步釋放，電壓緩慢下降。當電壓降低到某一規定值時應停止放電，重新充電以恢復電池的貯能狀態。低於此規定值繼續放電，即為過度放電，過放電可能造成電極活性物質損傷，失去反應能力，使蓄電池壽命縮短。

基本介紹

• 中文名：過放電
• 外文名：overdischarge
• 對象：電池
• 別稱：過度放電
• 後果：造成電極活性物質損傷，甚至失效
• 防護：在電路控制器設定“門限電壓”

介紹

考慮組內單體電池，必有相對的過放電情況。在放電後期，電壓接近馬尾曲線，組中單體容量常態分配，電壓分布很複雜，容量最小的單體電壓跌落得也就最早、最快．若這時其他電池電壓降低不是很明顯，小容量單體電壓跌落情況被掩蓋，已經被過度放電。

觀察單體過放電情況，進人馬尾曲線，若電流持續較大，電壓迅速降低，並很快發生“反極”，這時電池被反方向充電，或稱被動放電，活性物質結構被破壞，另一種副反應很快發生，在很短時間內，電池活性材料接近全部喪失，等效為一個無源電阻，電壓為負值，數值上等於反充電流在等效電阻上產生的壓降，停止放電後，原電池電動勢消失，電壓不能恢復，因此，一次反充電足以使電池報廢。

因此在電池放電過程中，必須採用電池管理系統實時檢測電池組中每一隻電池的電壓，向整車控制器輸出電池電壓信息，在單體電池電壓接近報警電壓時車輛減速，並在單體電壓下降到切斷電壓之間，車輛停止，防止電池過放電。

失效

電池如果被不受保護的過度充電和過度放電，將對鋰電池的正負極造成永久的損壞。從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導致負極碳過度釋放出鋰離子而使得其片層結構出現塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來，過度放電會使負極板的銅電鍍到正極上，破壞正極的微觀結構。下圖就是一個過放電損壞的負極照片，從照片可看到暗紅色的銅充斥在黑色的活性物之間。

鋰電池過放電負極損壞

通常控制2V電壓為放電下限，脈衝放電限制到5C電流30s以內。恆流放電用3C電流，到2V截止。

放電工作限制在-20～+60℃，充電電流限制在0～45℃。

鋰電池要比鉛酸蓄電池“嬌氣”，合理工作條件比較嚴格，這也是鋰電池為什麼通常配有配套的電池管理系統（BMS）的原因。

和過充電反應

以鎳電池為例。過放電時，正極活性物質中的NiOOH已經消耗完了（電池設計時採用正極限制容量），這時正極上會發生水分子被還原為氫和OH^-離子。負極上由於貯氫合金的催化作用，使OH^-離子與氫起反應又生成水。

過充電時，正極上會析出氧，然後擴散到負極上發生去極化反應，生成OH^-離子。在電池過充和過放電過程中，正負電極上發生的反應可用下式表示：

正極：過充電析出氧4OH^- —→H₂O+O₂+4e

過放電析出氫 2H₂O+2e —→H₂+2OH^-

負極：過充電消耗氧2H₂O+O₂+4e —→4OH^-

過放電消耗氫 H₂+2OH^- —→2H₂O+2e

由此可知，貯氫合金既承擔著貯氫的作用，又起到催化劑作用，在電池出現過充和過放電時，可以消除由正極產生的O₂和H₂，從而使電池具有耐過充、過放電的能力。但隨著充放電循環的進行，貯氫合金的催化能力逐漸退化，電池的內壓就會上升，最終導致電池漏液失效。如果使用的貯氫合金質量不好，其結果也會如此。

常規保護原理

通過對蓄電池放電特性的分析可知，在蓄電池放電過程中，當放電到相當於終點放電的電壓出現時就標誌著該電池已放電終了。依據這一原理，在控制器中設定電壓測量和電壓比較電路，通過監測出終點放電電壓值，即可判斷蓄電池是否應結束放電。對於開口式固定型鉛酸蓄電池，標準狀態（25℃，0.1C放電率）下的放電終了電壓（終點放電點電壓）約為1.75～1.8V。對於閥控密封式鉛酸蓄電池，標準狀態（25℃，0.1C放電率）下的放電終了電壓約為1.78～1.82V。 在控制器里比較器設定的終點放電電壓稱為“門限電壓”或“電壓閾值”。

對電池影響

過放電對電池性能的影響

當電池放電到電壓低於規定的終止電壓時，就稱為過放電。應當指出，電池標準中規定的終止電壓值，是電池連續放電時所達到的電壓值；但實際使用過程中多是斷斷續續放電，那么即使放電到規定的終止電壓值，也往往會出現過放電。

此外，當電池放電到終止電壓之後，靜置數分鐘到半小時，電池電壓會自動升高。這就誤導了用戶認為電池仍可繼續放電，從而造成了電池過放電。

在經常停電的地區（甚至於一個星期有3天全停電），戶外使用的蓄電池甚至放電到0V，也不能及時充電，造成電池嚴重硫酸鹽化，這對電池壽命極為不利。

過放電對電池壽命的影響

電池進行周期治療充放電，雖然可以使電池容量較前一次有所提高，但連續進行過度深放電，不但起不到進一步激活未參加反應的活性物質的正作用，而且與此相反，會引起正板柵腐蝕和一部分α-PbO₂向β-PbO₂的轉化，結果必然縮短電池的循環壽命。從表1-1的數據可以看出，電池放電容量在第2周期達到最高值以後，就一次比一次減少了。放電深度越深，電池容量下降的就越快，過放電和周期治療產生的副作用就越明顯，電池的循環壽命就越短。

在文中也測到，6DZM10電池放電到10.5V的循環壽命為396次，而放電到0V的循環壽命只有260次。

恢復能力

經過第1周期的多次過放電試驗之後的電池，重新充足電，再進行第2周期的5A放電和過放電，其各個周期的首次放電容量的變化見下1-1表。可以看出，蓄電池組第2周期的首次放電容量比第1周期的要高，這是由於原來沒有化成徹底的那部分活性物質得以重新激活，其放電容量有所提高就是理所當然的了。

表1-1 6DZM10蓄電池組放電容量的變化

放電周期	1	2	3	4	5
5A放電時間/min	138.5	139	136	134	131
5A放電容量/Ah	11.54	11.58	11.33	11.17	10,92