蓄電池的原理和維護管理7

1、蓄電池的原理和維護管理一、閥控式鉛酸蓄電池的定義閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為 Valve Regulated Lead Battery（簡稱VRLAfe池），其基本特點是使用期間不用加酸加水維 護，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會漏酸，也不會排酸霧，電池蓋子上設(shè)有單 向排氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過一定值 （通常用氣壓值表示），即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時， 排氣閥自 動打開，排出氣體，然后自動關(guān)閥，防止空氣進入電池內(nèi)部。二、閥控式鉛酸蓄電池的基本原理閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理就是充電時將電能轉(zhuǎn)化為 化學(xué)能在電池內(nèi)儲存起來，放電時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化

2、為電能供給外系統(tǒng)。 其充電和放電過程是通過電化學(xué)反應(yīng)完成的，電化學(xué)反應(yīng)式如下：正極工PbSO.+SH.OP“或十 H SC,十3c跚反應(yīng)從上面反應(yīng)式可看出，充電過程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極充 電到70%時，開始析出氧氣，負極充電到 90%時開始析出氫氣，由 于氫氧氣的析出，如果反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合得用， 電池就會 失水干涸；對于早期的傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池，由于氫氧氣的析出及從電池內(nèi)部逸出，不能進行氣體的再復(fù)合，是需經(jīng)常加酸加水維護的重要原因；而閥控式鉛酸蓄電池能在電池內(nèi)部對氧氣再復(fù)合利用，同時抑制氫氣的析出，克服了傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池的主要缺點。閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池采用負

3、極活性物質(zhì)過量設(shè)計，AG或GEL電解液吸附系統(tǒng)，正極在充電后期產(chǎn)生的氧氣通過 AG城GE自隙擴散到 負極，與負極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)變成水，使負極處于去極化狀態(tài)或充 電不足狀態(tài)，達不到析氫過電位，所以負極不會由于充電而析出氫氣， 電池失水量很小，故使用期間不需加酸加水維護。閥控式鉛酸蓄電池 氧循環(huán)圖示如下：正極 PbSO(+ Hs0 Pb。： + 口,-f 也。J-可以看出，在閥控式鉛酸蓄電池中，負極起著雙重作用，即在充電末期或過充電時，一方面極板中的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的 Q反應(yīng) 而被氧化成一氧化鉛，另一方面是極板中的硫酸鉛又要接受外電路傳 輸來的電子進行還原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。在電池內(nèi)

4、部，若要使氧的復(fù)合反應(yīng)能夠進行，必須使氧氣從正極 擴散到負極。氧的移動過程越容易，氧循環(huán)就越容易建立。在閥控式蓄電池內(nèi)部，氧以兩種方式傳輸：一是溶解在電解液中 的方式，即通過在液相中的擴散，到達負極表面；二是以氣相的形式 擴散到負極表面。傳統(tǒng)富液式電池中，氧的傳輸只能依賴于氧在正極 區(qū)HSG溶液中溶解，然后依靠在液相中擴散到負極。如果氧呈氣相 在電極間直接通過開放的通道移動，那么氧的遷移速率就比單靠液相中擴散大得多。充電末期正極析出氧氣，在正極附近有輕微的過壓， 而負極化合了氧，產(chǎn)生一輕微的真空，于是正、負間的壓差將推動氣 相氧經(jīng)過電極間的氣體通道向負極移動。 閥控式鉛蓄電池的設(shè)計提供 了這種

5、通道，從而使閥控式電池在浮充所要求的電壓范圍下工作，而不損失水。對于氧循環(huán)反應(yīng)效率，AGMfe池具有良好的密封反應(yīng)效率， 在貧 液狀態(tài)下氧復(fù)合效率可達 99%以上；膠體電池氧再復(fù)合效率相對小 些，在干裂狀態(tài)下，可達70-90%;富液式電池幾乎不建立氧再化合 反應(yīng)，其密封反應(yīng)效率幾乎為零。閥控式鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成閥控鉛酸蓄電池的主要部件是正負極板、電解液、隔膜、電 池殼和蓋、安全閥，此外還一些零件如端子、連接條、極柱等。閥控式鉛酸蓄電池的設(shè)計1板柵合金的選擇參加電池反應(yīng)的活性物質(zhì)鉛和二氧化鉛是疏松的多孔體， 需要固 定在載體上。通常，用鉛或鉛基合金制成的柵欄片狀物為載體， 使活性物質(zhì)固定在

6、其中，這種物體稱之為板柵。它的作用是支撐活性 物質(zhì)并傳輸電流。1. 1正板柵合金閥控電池是一種新型電池，使用過程中不用加酸加水維護，要求 正板柵合金耐腐蝕性好，自放電小，不同廠家采用的正板柵合金并不 完全相同，主要有：鉛一鈣、鉛一鈣一錫，鉛一鈣一錫一鋁、鉛一鑲 一鎘等。不同合金性能不同，鉛一鈣。鉛一鈣一錫合金具有良好的浮 充性能，但鉛鈣合金易形成致密的硫酸鉛和硫酸鈣阻擋層使電池早期 失效，合金抗蠕變性差，不適合循環(huán)使用。鉛 -鈣-錫-鋁、鉛-狒-鎘 各方面性能相對比較好，既適合浮充使用，又適合循環(huán)使用。1. 2負板柵合金閥控電池負板柵合金一般采用鉛-鈣合金，盡量減少析氫量。2板柵厚度正極板厚度

7、決定電池壽命，極板厚度與電池預(yù)計壽命的關(guān)系見下 表：正板柵厚度（mm循劃、壽命（次）10h率80喊電深度，25C預(yù)計浮充壽命（年）（正常浮充使用）2. 015023. 025743. 440064. 5800123正負極活性物質(zhì)比例鉛酸蓄電池設(shè)計上正負極活性物質(zhì)利用率一般按 3033%計算， 正負極活性物質(zhì)比例為1:1,實際應(yīng)用中，負極活性物質(zhì)利用率一 般比正極高，對于閥控鉛酸蓄電池，考慮到氧再化合的需要，負極活 性物質(zhì)設(shè)計過量，一般宜為1:1.01.2。4隔膜的選擇閥控鉛酸蓄電池中隔膜采用的是玻璃纖維棉，應(yīng)該具有如下特征：優(yōu)良的耐酸性能和抗氧化能力；厚度均勻一致，外觀無針孔、無機械雜質(zhì)；孔徑

8、小且孔率大；優(yōu)良的吸收和保留電解液能力；電阻?。痪哂幸欢ǖ臋C械強度，以保證工藝操作要求； 雜質(zhì)含量低，尤其是鐵、銅的含量要低。5殼蓋結(jié)構(gòu)和材料選擇閥控電池殼蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是強度設(shè)計， 散熱設(shè)計和蓋上的極 柱密封設(shè)計。強度設(shè)計要求電池外壁在緊裝配和承受內(nèi)氣壓時外壁 不應(yīng)有明顯的氣脹變形，對于 PP外殼，應(yīng)加鋼殼加固，對于 2V 系列電池，AB第口 PVC外殼，壁厚一般要達到810mm散熱設(shè)計 要求電池外殼散熱面積大、材料導(dǎo)熱性好且壁厚越薄越好。殼體結(jié) 構(gòu)相對比較簡單，只需考慮強度和蓋子封裝配合即可。6殼蓋密封和極柱密封結(jié)構(gòu)電池殼蓋密封分為熱封和膠封，熱封是最可靠的密封方式，PP材料采用熱封，AB

9、*口 PVCM料一般采用膠封，膠封關(guān)鍵是要采用合適的環(huán)氧樹脂極柱密封技術(shù)是閥控電池生產(chǎn)的一項關(guān)鍵技術(shù)，不同的廠家 采用的方式不完全相同。7電解液閥控電池電解液中硫酸含量一般按理論量的 1.5倍設(shè)計，電解液 比重一般為1. 30g/m1左右。8安全閥安全閥是閥控電池的一個關(guān)鍵部件，安全閥質(zhì)量的好壞直接影 響電池使用壽命，均勻性和安全性。根據(jù)有關(guān)標準和閥控電池的使用 情況，安全閥應(yīng)滿足如下技術(shù)條件：單向開閥；單向密封，可防止空氣進入電池內(nèi)部；同一組電池各安全閥之間的開閉壓力之差不應(yīng)超過平均值的20%;壽命不應(yīng)低于15年；濾酸，可防止酸和酸霧從安全閥排氣口排出；隔爆，電池外部遇明火時電池內(nèi)部不應(yīng)引爆

10、；抗震，在運輸和使用期間，安全閥不會因震動和多次開閉而松動失效；耐酸；耐高、低溫。目前市場使用的安全閥主要有：柱式、帽式和傘形安全閥，其結(jié)構(gòu)見 下面示意圖。件弋安全閥(HUADA)L J幗式安全網(wǎng)1n帽式安全閥28傘型安全閥帽式安登閥3閥控式鉛酸蓄電池容量的影響因素1放電率對電池容量的影響鉛蓄電池容量隨放電倍率增大而降低，在談到容量時，必須指明 放電的時率或倍率。電池容量隨放電時率或倍率不同而不同。1. 1容量與放電時率的關(guān)系對于一給定電池，在不同時率下放電，將有不同的容量，下表為 bosfaGFMl000電池在常溫下不同放電時率放電時的額定容量。放電率(hr)123458101224容量(A

11、h)5506567507888509521000104411281. 2高倍率放電時容量下降的原因放電倍率越高，放電電流密度越大，電流在電極上分布越不均勻，電流優(yōu)先分布在離主體電解液最近的表面上，從而在電極的最外表面優(yōu)先生成PbSQ PbSO的體積比PbO和Pb大,于是放電產(chǎn)物硫 酸鉛堵塞多孔電極的孔口，電解液則不能充分供應(yīng)電極內(nèi)部反應(yīng)的需 要，電極內(nèi)部物質(zhì)不能得到充分利用，因而高倍率放電時容量降低。1. 3放電電流與電極作用深度關(guān)系在大電流放電時，活性物質(zhì)沿厚度方向的作用深度有限，電流 越大其作用深度越小，活性物質(zhì)被利用的程度越低，電池給出的容量也就越小。電極在低電流密度下放電，iwi00A

12、/m2寸，活性物質(zhì)的 作用深度為3xi03m-5x 10-3 這時多孔電極內(nèi)部表面可充分利用。 而當(dāng)電極在高電流密度下放電，iA200A/m2寸，活性物質(zhì)的作用深度 急劇下降，約為0. 12X103m活性物質(zhì)深處很少利用，這時擴散已成 為限制容量的決定因素。在大電流放電時，由于極化和內(nèi)阻的存在， 電池的端電壓低，電壓降損失增加，使電池端電壓下降快，也影響容量。2溫度對電池容量的影響環(huán)境溫度對電池的容量影響較大，隨著環(huán)境溫度的降低容量減 小。環(huán)境溫度變化1C時的電池容量變化稱為容量的溫度系數(shù)。根據(jù)國家標準，如環(huán)境溫度不是 25C,則需將實測容量按以下 公式換算成25c基準溫度 時的實際容量Ce,

13、其值應(yīng)符合標準。公式中：t是放電時的環(huán)境溫度K是溫度系數(shù)，10hr的容量實驗時K=0. 006/C, 3hr的容量實驗 時K=0. 008/C, 1hr的容量實驗時 K=0. 01/ C3閥控鉛酸蓄電池容量的計算閥控式鉛酸蓄電池的實際容量與放電制度（放電率、溫度、終止 電壓）和電池的結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果電池是以恒定電流放電，放電至規(guī)定 的終止電壓，電池的實際容量 。=放電電流I x放電時間t,單位是Ah。閥控鉛酸蓄電池的失效模式1干涸失效模式從閥控鉛酸蓄電池中排出氫氣、氧氣，水蒸氣、酸霧，都是電 池失水的方式和干涸的原因。干涸造成電池失效這一因素是閥控鉛酸 蓄電池所特有的。失水的原因有四：氣體再化合

14、的效率低；從電 池殼體中滲出水；板柵腐蝕消耗水；自放電損失水。3熱失控的失效模式大多數(shù)電池體系都存在發(fā)熱問題，在閥控鉛酸蓄電池中可能性 更大，這是由于：氧再化合過程使電池內(nèi)產(chǎn)生更多的熱量；排出的氣 體量小，減少了熱的消散；若閥控鉛酸蓄電池工作環(huán)境溫度過高，或充電設(shè)備電壓失控， 則電池充電量會增加過快，電池內(nèi)部溫度隨之增加，電池散熱不佳， 從而產(chǎn)生過熱，電池內(nèi)阻下降，充電電流又進一步升高，內(nèi)阻進一步降低。如此反復(fù)形成惡性循環(huán)，直到熱失控使 電池殼體嚴重變形、漲裂。為杜絕熱失控的發(fā)生，要采用相應(yīng)的措施:充電設(shè)備應(yīng)有溫度補償功能或限流；嚴格控制安全閥質(zhì)量，以使電池內(nèi)部氣體正常排出；蓄電池要設(shè)置在通風(fēng)

15、良好的位置，并控制電池溫度。4負極不可逆硫酸鹽化在正常條件下，鉛蓄電池在放電時形成硫酸鉛結(jié)晶，在充電時 能較容易地還原為鉛。如果電池的使用和維護不當(dāng)，例如經(jīng)常處于充 電不足或過放電，負極就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛，它幾乎不溶解，用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為活性物 質(zhì)，從而減少了電池容量，甚至成為蓄電池壽命終止的原因，這種現(xiàn) 象稱為極板的不可逆硫酸鹽化。為了防止負極發(fā)生不可逆硫酸鹽化，必須對蓄電池及時充電， 不可過放電。5板柵腐蝕與伸長在鉛酸蓄電池中，正極板柵比負極板柵厚，原因之一是在充電 時，特別是在過充電時，正極板柵要遭到腐蝕，逐漸被氧化成二氧化 鉛而失去板柵的作用，為補償其腐蝕量必須

16、加粗 加厚正極板柵。所以在實際運行過程中，一定要根據(jù)環(huán)境溫度選擇合適的浮充 電壓，浮充電壓過高，除引起水損失加速外，也引起正極板柵腐蝕加 速。當(dāng)合金板柵發(fā)生腐蝕時，產(chǎn)生應(yīng)力，致使極決于正極板壽命，其設(shè)計壽命是按正極板柵合金的腐蝕速率進行計算 的，正極板柵被腐蝕的越多，電池的剩余容量就越少；電池壽命就越 短。三、電池推薦使用條件及維護方式1浮充電壓正常的浮充電壓為2.25V/單體（環(huán)境溫度25C）。溫度補償系數(shù) 為：3mV/C。當(dāng)蓄電池浮充運行時，蓄電池單體電壓不應(yīng)低于2. 16V, 如單體電壓低于2. 16V,則需要進行均衡充電。2均衡充電均衡充電一般采用恒壓限流進行充電，充電電壓按2. 35

17、V/單體（環(huán)境溫度25C）。溫度補系數(shù)為：5Mv/C。均充頻率：半年/次。（注: 5m，C意為溫度每增加1C,均充電壓降低5mV）,恒壓限流充電： 以單體2. 302. 35V電壓充電，同時充電電流不超過 0. 25C0,直 到充電電流降到0. 006C。以下3小時不變，就認為電池充足。閥控密封鉛酸蓄電池遇有下列情況時需按均充制度進行均衡充單體電池浮充電壓低于 2. 16V。新電池安裝調(diào)試后，需要進行12小時的均衡充電。電池放電超過5%的額定容量時。擱置不用時間超過三個月。全浮充運行一年以上。3日常維護閥控密封鉛酸蓄電池并不是不需要管理，電池的變化是一個漸 進和積累的過程，為了保證電池使用良好

18、，作好運行記錄是相當(dāng)重要 的，要檢測的項目如下：單體和電池組的浮充電壓（一次/月）；電池外殼和極柱溫度（一次/月）；電池的殼蓋有無變形和滲液（一次/月）；極柱、安全閥周圍是否有滲液和酸霧逸出（一次/月）；重新擰緊連接處螺釘（一次/半年）；同時也要定期對開關(guān)電源的電池管理參數(shù)進行檢查，保證電池參數(shù)符合要求，開關(guān)電源的部分參數(shù)如下：（24只單體即48V系統(tǒng)）浮充電壓：54. 0V（單體2. 25V）均充電壓：56. 4V（單體2. 35V）浮充溫度補償系數(shù)：3m，C /單體均充溫度補償系數(shù)：5mWC /單體均充頻率：180天；定時均充時間：12小時電池斷路保護電壓：43. 2V轉(zhuǎn)均充判據(jù)：電池容量

19、：95%;電池電壓：49V放電時間：30分鐘轉(zhuǎn)浮充判據(jù)：后期穩(wěn)流均充時間：180分鐘；穩(wěn)流均充電流：0. 006C。/組4蓄電池容量測試及再充電：1容量測試方法每年以實際負荷做一次核對性放電，放出額定容量的30-40 % ;每3年以假負載做一次容量試驗，放電深度為80% 00（10小時率）；4. 2再充電方法（任選其一）：限流限壓：即先限定電流，將充電電流限制在 0. 250。以下（一 般用0. 10. 2Ci0充電），待電池端電壓上升到2. 302. 35V/單體 時，立即以2. 35V電壓恒壓連續(xù)充電，在充電電流降到 0. 0060, 直到充電電流降到0. 006C0以下3小時不變，就認為

20、電池充足。恒壓限流充電：以單體2. 302. 35V電壓充電，同時充電電 流不超過0. 2500,直到充電電流降到0. 006C0以下3小時不變，就 認為電池充足。電池在放電和充電時，應(yīng)定時測量電流、單體電壓和電池組總 壓，作好記錄。四、閥控密封蓄電池在維護過程中應(yīng)注意的一些問題根據(jù)多年的維護經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)閥控蓄電池的使用壽命和機房的環(huán) 境、整流器的設(shè)置參數(shù)、以及運行狀況有關(guān)，我們總結(jié)出一些經(jīng)驗以 供參考：1機房的供電情況為保證蓄電池的使用壽命，最好不要使蓄電池有過放電，穩(wěn)定 的市電以及油機配備是蓄電池使用壽命長的良好保證，而且油機最好 每月啟動一次，檢查其是否能正常工作。2蓄電池的使用環(huán)境閥控蓄

21、電池應(yīng)安裝在遠離熱源和易產(chǎn)生火花的地方，最好在清 潔的環(huán)境中使用。建議電池室溫在15c至35c之間，最好安裝空調(diào), 控制溫度在25c左右。潮濕、通風(fēng)不暢、太陽照射等環(huán)境必然會使 閥控蓄電池的壽命縮短（如果溫度為35c時，電池壽命將折半.）。 因此環(huán)境清潔、良好的通風(fēng)條件、環(huán)境溫度以及無太陽照射是十分必 要的。另外為了方便蓄電池的維護，選擇機房時要留有適當(dāng)?shù)木S護空 間。3整流器（開關(guān)電源）的參數(shù)設(shè)置一些參數(shù)（如浮充電壓、均充電壓、均充的頻率和時間、轉(zhuǎn)均充 判據(jù)、轉(zhuǎn)浮充判據(jù)、環(huán)境溫度、溫度補償系數(shù)、直流過壓告警、欠壓 告警、充電限流值等）要跟各蓄電池廠家溝通后再確定具體數(shù)參數(shù)。 4蓄電池設(shè)備的容量

22、配置在我們巡檢的過程中發(fā)現(xiàn)，有些機房（基站）的蓄電池容量配置 偏小，有的甚至只有蓄電池額定總?cè)萘康?2小時率放電，頻繁的大電 流放電會使蓄電池使用壽命縮短，每個機房的蓄電池配置容量最好在 810小時率比較合適。5日常維護以前有個錯誤觀念認為閥控蓄電池是免維護蓄電池，免維護很 容易給人造成是無須維護而不聞不問。其實蓄電池的變化是一個漸進 的過程，為保證電池的良好使用，作好運行記錄是相當(dāng)重要的，每月 應(yīng)檢查的項目如下：(1)單體和電池組浮充電壓(2)電池的外殼和極柱溫度(3)電池的殼蓋有無變形和滲液(4)極柱、安全閥周圍是否滲液和酸霧溢出6連接條是否擰緊電池的連接條沒有擰緊，會使連接處的接觸電阻增

23、大，在大電 流充、放電過程中，很容易使連接條發(fā)熱甚至?xí)?dǎo)致電池蓋的熔化， 情況嚴重的可能引發(fā)明火。所以希望貴公司的維護人員能每半年做一 次連接條的擰緊工作，以保證蓄電池安全運行。7電池的內(nèi)阻偏大對于已運行了 4-5年以上的電池，有些可能會因為在前期使用時 環(huán)境較差或是參數(shù)設(shè)置不對而導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大，這種情況一般是先聯(lián)系相關(guān)廠家對電池進行活化處理， 若容量還不能恢復(fù)，就要進行 更換。8電池的電壓偏高或偏低對于有些機房電池電壓有偏差，是因為有些廠家新電池采用厚 極板設(shè)計，使電池的壽命得到提高，但對于電池電壓的均勻性就較難 控制，一般需運行兩年以上電壓才會逐漸均勻， 此外電池電壓偏低的 還可以對整組電池進行淺放電，看該電池是否放電電壓也明顯偏低， 若放電電壓明顯低的話，就要聯(lián)系相關(guān)廠家進行更換。9電池的容量檢測對于已運行三年以上的電池，最好能每年進行一次核對性放電 試驗，放出額定容量的30-40 %(額定容量按實際放電率計算)，每 三年進行一次容量放電測試，放出額定容量的80%,記錄電池單體電壓和總電壓。10蓄電池放電時的注意事項應(yīng)先檢查整組電池的連接處是否擰緊，再根據(jù)放電倍率來確定 放電記錄的時間間隔，對于已開通的機房一般使用假負載進行單組電 池的放電，在另一組電池放電前，應(yīng)先