后備VRLA電池運(yùn)行中的檢測(cè)與自動(dòng)測(cè)試
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時(shí)間：2013-05-27
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
但隨著免維護(hù)蓄電池被廣泛地使用，問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)：
·大多數(shù)免維護(hù)蓄電池使用壽命比預(yù)計(jì)的要短得多；
·個(gè)別電池失效導(dǎo)致整組電池失效；
·蓄電池安裝后，缺乏科學(xué)、有效的監(jiān)測(cè)管理手段，對(duì)蓄電池的合理使用不能及時(shí)作出準(zhǔn)確的判斷；
·由于使用現(xiàn)場(chǎng)條件限制，很難進(jìn)行手工檢測(cè)，并且測(cè)試數(shù)據(jù)分析需要運(yùn)維人員具有很高的專業(yè)水準(zhǔn)；
·類似于證券、銀行等場(chǎng)合不具備定期放電檢查的條件；
·電池放電測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)很高；
·電信、電力行業(yè)的無(wú)人職守站（所）的日常檢查費(fèi)用很高；
·突發(fā)性的電池故障的發(fā)現(xiàn)很難保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)；
·系統(tǒng)的不和理共況對(duì)蓄電池的傷害未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理；
·具有“電池管理功能”的電源設(shè)備，如 UPS 等并沒(méi)有真正的起到電池管理者的作用。
有關(guān)資料表明， VRLAB 在使用 3--4 年后，大部份電池組很難通過(guò)容量檢測(cè)，只有少數(shù)能超過(guò) 6 年。在實(shí)際使用中，只有很少用戶定期檢查蓄電池并對(duì)蓄電池作定期容量測(cè)試，很多情況下是在市電停電后才發(fā)現(xiàn)蓄電池放電容量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，甚至有的電池組的容量達(dá)不到額定容量的 50% 還在繼續(xù)“工作”。蓄電池的現(xiàn)狀一方面說(shuō)明蓄電池的質(zhì)量還有待提高，從設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制方面還需不斷完善；另一方面，正確、科學(xué)地使用電池，加強(qiáng)日常維護(hù)和監(jiān)測(cè)管理非常必要，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后電池，為維護(hù)與處理提供科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)。
這就說(shuō)明，在蓄電池用戶這里，是迫切需要能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)閥控鉛酸蓄電池性能狀況的監(jiān)測(cè)設(shè)備。
另外，蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能和檢測(cè)方式對(duì)蓄電池的管理有很重要的意義，如何選用合適的檢測(cè)設(shè)備直接關(guān)系到蓄電池用戶的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。
本文著重講解閥控鉛酸蓄電池的失效機(jī)理、閥控鉛酸蓄電池的使用狀況，當(dāng)前蓄電池監(jiān)測(cè)的手段及其優(yōu)、缺點(diǎn)，并基于內(nèi)阻在線測(cè)量，提出針對(duì)蓄電池在線監(jiān)測(cè)解決方案。
1 影響蓄電池質(zhì)量的技術(shù)問(wèn)題和失效模式
閥控鉛酸蓄電池的充放電是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，引起蓄電池失效的原因很多，了解閥控鉛酸蓄電池的工作原理和失效機(jī)理，科學(xué)、合理地對(duì)閥控鉛酸蓄電池監(jiān)測(cè)與維護(hù)，在安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益上有很重要的意義。
1.1 影響 VRLA 蓄電池質(zhì)量的幾個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題
1 ）、電池構(gòu)成
VRLA 電池由正極板、負(fù)極板、 AGM 隔膜、正負(fù)匯流條、電解液、安全閥、蓋和殼組成。其中正極板柵厚度和合金成份、 AGM 隔膜厚度均勻性、匯流條合金、電解液量、安全閥開(kāi)閉壓力和殼蓋材料、電池生產(chǎn)工藝等對(duì)電池壽命和容量均勻性具有重要影響。
2 ）、板柵合金
VRLA 電池負(fù)板柵合金一般為 Pb-Ca 系列合金，正板柵合金有 Pb － Ca 系列（含 Pb-Ca-Sn-Al ）、 Pb-Sb （低）系列和純 Pb 等。其中 Pb-Ca 、 Pb-Sb （低）合金正板柵電池浮充壽命相近，但循環(huán)壽命相差較大。對(duì)于經(jīng)常停電地區(qū)選用低銻合金電池可靠性好。
3 ）、板柵厚度
極板的正板柵厚度決定電池的設(shè)計(jì)壽命。不要期望薄極板具有長(zhǎng)壽命，也不要期望 PbCa 系列合金正板柵電池具有 PbSb 系列合金那樣的循環(huán)壽命。
4 ）、安全閥
安全閥被認(rèn)為是 VRLA 電池的一個(gè)關(guān)鍵部件，具有濾酸、防爆和單向開(kāi)放功能， YD ／ T7991 996 規(guī)定安全開(kāi)閉壓力范圍為 1 － 49kPa ，如果考慮氧復(fù)合效率需要， 1 － 49kPa 壓力規(guī)定是合理的。但是，對(duì)于長(zhǎng)壽命電池，必須考慮單向密封，防止空氣進(jìn)人電池內(nèi)部，同時(shí)防止內(nèi)部水蒸氣在較高溫度下跑掉。
5 ）、 AGM 隔膜
對(duì)電池生產(chǎn)質(zhì)量有直接影響的技術(shù)指標(biāo)是隔膜孔隙率和厚度均勻性，這兩個(gè)指標(biāo)直接影響隔膜吸酸飽和度和裝配壓縮比，從而影響電池壽命和容量均勻性。
6 ）、殼蓋材料
VRLA 電池殼蓋材料有 PP 、 ABS 和 PVC ， PP 材料相對(duì)較好。
7 ）、酸量和化成工藝
分電池化成和槽化成兩種，電池化成可以定量注酸并記錄每個(gè)電池單體化成全過(guò)程數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確判斷每個(gè)出廠電池綜合生產(chǎn)質(zhì)量狀況，但化成時(shí)間較長(zhǎng)。槽化成是對(duì)極板化成，化成時(shí)間短，極板化成較充分，但對(duì)電池組裝質(zhì)量不能通過(guò)化成過(guò)程數(shù)據(jù)記錄判斷。
8 ）、涂板工藝
涂板工藝要保證極板厚度和每片極板活性物質(zhì)的均勻性。
9 ）、密封技術(shù)
VRLA 電池密封技術(shù)包括極柱密封、殼蓋材料透水性、殼蓋密封和安全閥密封。
10 ）、氧復(fù)合效率
AGM 電池具有良好的氧復(fù)合效率，貧液狀態(tài)下按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試氧復(fù)合效率一般大于 98 ％，因此具有良好的免維護(hù)性能；開(kāi)口式電池氧復(fù)合效率＜ 10% ，需要經(jīng)常加酸、加水維護(hù)。
1.2 影響蓄電池壽命的環(huán)境因素
（ 1 ）、環(huán)境溫度
蓄電池正常運(yùn)行的溫度是 20 ～ 40 ℃，最佳運(yùn)行溫度是 25 ℃。當(dāng)溫度每升高 5 ℃，蓄電池的使用壽命降低 10% 。
（ 2 ）、環(huán)境濕度
蓄電池的運(yùn)行濕度應(yīng)該在 5 ～ 95% （不結(jié)露）之間，環(huán)境濕度過(guò)高，會(huì)在蓄電池表面結(jié)露，容易出現(xiàn)短路；環(huán)境濕度過(guò)低，容易產(chǎn)生靜電。
（ 3 ）、灰塵
灰塵過(guò)多，容易使蓄電池短路，安全閥堵塞失效。
1.3 VRLA 蓄電池失效模式
1 ）、電池失水
鉛酸蓄電池失水會(huì)導(dǎo)致電解液比重增高、導(dǎo)致電池正極柵板的腐蝕，使電池的活性物質(zhì)減少，從而使電池的容量降低而失效。
鉛酸蓄電池密封的難點(diǎn)就是充電時(shí)水的電解。當(dāng)充電達(dá)到一定電壓時(shí)（一般在 2.30V ／單體以上）在蓄電池的正極上放出氧氣，負(fù)極上放出氫氣。一方面釋放氣體帶出酸霧污染環(huán)境，另一方面電解液中水份減少，必須隔一段時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)加水維護(hù)。閥控式鉛酸蓄電池就是為克服這些缺點(diǎn)而研制的產(chǎn)品，其產(chǎn)品特點(diǎn)為：采用密封式閥控濾酸結(jié)構(gòu)，使酸霧不能逸出，達(dá)到安全、保護(hù)環(huán)境的目的。但密封蓄電池不逸出氣體是有條件的，即：電池在存放期間內(nèi)應(yīng)無(wú)氣體逸出；充電電壓在 2.35V ／單體（ 25 ℃）以下應(yīng)無(wú)氣體逸出；放電期間內(nèi)應(yīng)無(wú)氣體逸出。但當(dāng)充電電壓超過(guò) 2.35V ／單體時(shí)就有可能使氣體逸出。因?yàn)榇藭r(shí)電池體內(nèi)短時(shí)間產(chǎn)生了大量氣體來(lái)不及被負(fù)極吸收，壓力超過(guò)某個(gè)值時(shí)，便開(kāi)始通過(guò)單向排氣閥排氣，排出的氣體雖然經(jīng)過(guò)濾酸墊濾掉了酸霧，但畢竟使電池?fù)p失了氣體（也就是失水），所以閥控式密封鉛酸蓄電池對(duì)充電電壓的要求是非常嚴(yán)格的，不能過(guò)充電。
2 ）、負(fù)極板硫酸化
電池負(fù)極柵板的主要活性物質(zhì)是海棉狀鉛，電池充電時(shí)負(fù)極柵板發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)
PbSO4 + 2e = Pb + SO4-
正極上發(fā)生氧化反應(yīng)：
PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + SO4- + 2e
放電過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是這一反應(yīng)的逆反應(yīng)，當(dāng)閥控式密封鉛酸蓄電池的荷電不足時(shí)，在電池的正負(fù)極柵板上就有 PbSO4 存在， PbSO4 長(zhǎng)期存在會(huì)失去活性，不能再參與化學(xué)反應(yīng)，這一現(xiàn)象稱為活性物質(zhì)的硫酸化，硫酸化使電池的活性物質(zhì)減少，降低電池的有效容量，也影響電池的氣體吸收能力，久之就會(huì)使電池失效。
為防止硫酸化的形成，電池必須經(jīng)常保持在充足電的狀態(tài)。
3 ）、正極板腐蝕
由于電池失水，造成電解液比重增高，過(guò)強(qiáng)的電解液酸性加劇正極板腐蝕，防止極板腐蝕必須注意防止電池失水現(xiàn)象發(fā)生。
4 ）、熱失控
熱失控是指蓄電池在恒壓充電時(shí)，充電電流和電池溫度發(fā)生一種累積性的增強(qiáng)作用，并逐步損壞蓄電池。從目前國(guó)內(nèi)蓄電池使用的狀況調(diào)查來(lái)看，熱失控是蓄電池失效的主要原因之一。造成熱失控的根本原因是：
普通富液型鉛酸蓄電池由于在正負(fù)極板間充滿了液體，無(wú)間隙，所以在充電過(guò)程中正極產(chǎn)生的氧氣不能到達(dá)負(fù)極，從而負(fù)極未去極化，較易產(chǎn)生氫氣，隨同氧氣逸出電池。
因?yàn)椴荒芡ㄟ^(guò)失水的方式散發(fā)熱量， VRLA 電池過(guò)充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量多于富液型鉛酸蓄電池。
浮充電壓應(yīng)合理選擇。浮充電壓是蓄電池長(zhǎng)期使用的充電電壓，是影響電池壽命至關(guān)重要的因素。一般情況下，浮充電壓定為 2.23 ~ 2.25V/ 單體（ 25 ℃）比較合適。如果不按此浮充范圍工作，而是采用 2.35V ／單體（ 25 ℃），則連續(xù)充電 4 個(gè)月就可能出現(xiàn)熱失控；或者采 2.30V/ 單體（ 25 ℃），連續(xù)充電 6 ~ 8 個(gè)
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