蓄电池失效概率分析

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1、蓄电池失效概率分析摘要：蓄电池是渐变失效产品，其最主要的失效模式是电池放不出电或放电容量低于规定值。由于蓄电池组充足电或深放电后，其中各单块电池电解液密度值的分布是服从正态分布的，所以二者之间的差值也应当是正态分布函数。据此可以算出蓄电池组的失效概率，并得到其分布函数F⑴是服从两参数指数分布的关键词：可靠性失效概率蓄电池1引言蓄电池是渐变失效产品。在实际使用过程中或进行连续充放电试验时，其放电容量是逐渐衰退的。当电池容塑降为额定值的80%时，就算失效。根据这--特点，采用数理统计方法估算蓄电池的

2、失效概率，进而研究其失效分布规律。2电池容量与电解液密度的关系蓄电池在使用过程屮，其放电电流通常是随机的，是由用电设备的使用情况决定的。再者，采用不同的电流进行放电时，电池放出的容量也不相同，很难直接得出电池在使用过程屮的容量数据。然而电池在使用过程中总要每隔一段时间进行一次深放电和全充电的，即周期治疗。因而我们就有可能根据此时电池屮电解液密度的变化来探知蓄电池容量的变化规律。铅蓄电池具有的容量q与电解液密度D之间存在着线性关系［11q=A+BD(l)式中常数A和B是由蓄电池的设计参数所决定的。

3、如果认为电池充足电后的电解液密度为D,,则此时电池容量为：口J；A+曰DJ(2)若电池深放电后的电解液密度为D2,则此时的电池容量为：q2二A+BD2(3)因而Q=ql-q2=B(zAD)(4)就代表了蓄电池的放电容量。由于Q与ADZ间存在着上式所示的正比关系，所以D的变化规律也就反映了蓄电池容量的变化规律。3电解液密度的正态分布规律在文献屮曾经得出，蓄电池组充足电后，虽然各单块电池的电解液密度Do不会相同，但它们的分布却有一定规律，即正态分布规律，其分布函数为：•)=唧卜刍•一)21㈤式中为蓄

4、电池组充足电后各单块电池电解液密度平均值，为它们的方差。同样，蓄电池组在深放电后，其中各单块电池电解液密度的分布也是呈正态分布的，其分布函数为：:)el_壶(D2㈤式屮D2为蓄电池组深放电后，各单块电池电解液密度平均值，c【2是它们的方差。图1绘出了蓄电池组中各单块电池的D1和D2分布曲线。它们都是对称形的曲线，均值D1和D2分别代表了整组蓄电池的电解液密度平均值，同时又是决定各分布曲线位置的重要参数;al和a2则代表了蓄电池组屮各单块电池电解液密度值的分散性，并分别是决定各分布曲线形状的重要参

5、数。a值越大，曲线坡度越小，即各单块电池的性能越不均匀；a越小，曲线越陡，即电池的均匀性越好。4使用过程中蓄电池电解液密度的变化规律表1列出某蓄电池组(由112块电池组成)在使用过程中每次深放电和全充电后电解液密度的变化规律。由于各单块电池在蓄电池组屮是串联工作的，那么它们的充放电使用条件是相同的，因而各单块电池性能参数(例如电解液密度)的平均值，也就代表了该蓄电池组性能参数的最可能值。从表1数据可以看岀，在电池寿命前期，充足电后电解液密度可以达到额定值(1.275.0.005)g/cm,并且c

6、【1较小，即电池的均匀性较好，它们彼此之间的微小差别仍是由各电池在制造过程中不可能做到完全一致造成的。电池在不断使用过程屮其充足电后的电解液密度值会逐渐变低，即极板的硫酸盐化的程度逐渐加剧，电池充电接收能力逐渐减弱；与此同吋，ao逐渐增大，即电池的均匀性逐渐变差。、f(Dl)\新电池D2D1.0.176r(DU/脯池26・卜0.176图1蓄电池组屮单块电池电解液密度分布卜充足电后2—深放电后表1蓄电池组电解液密度的变化从表1同样可以看岀，蓄电池组在使用过程屮，深放电后各单块电池电解液密度的平均

7、值D2是逐渐升高的，即极板中的活性物质跟硫酸起反应的能力逐渐下降，导致放电能力逐渐衰退。与此同时，它们的方差却逐渐增大，即各单块电池之间的差别也越來越大。对于新电池而言，Dl=l.275g/cm,D2=l.055g/cm,由于电池放电容量跟电解液密度之间存在线性关系，因而差值△D二DbD2=0.220g/cm就代表了电池100%地输出规定容量时电解液密度的变化。蓄电池在反复充放电使用过程屮放电容量逐渐下降；如果规定电池的放电容量下降到额定值的80%时就算寿命终止，那么蓄电池得以使用的条件应当是：

8、Z3D=D.D2>0.220x0.8=0.176g/cm。显然，新的蓄电池组中每一块电池都会满足这一条件，即图1屮D分布曲线左移0.176g/cm或分布曲线右移0.176g/cm两曲线也不会相交。然而前面已经指ill,蓄电池在使用过程中，D1逐渐下降D2逐渐上升，即D,分布曲线和分布曲线会逐渐靠拢，同时它们的方差，和也逐渐变大，即D分布曲线和分布曲线坡度逐渐变小。那么结果就有一部分电池的D小于0.176g/cm,即此吋的D和D2的分布曲线则移动0.176g/cm后会发生相交。(如图1下部分)由两