第六章 蓄电池维护注意事项Word格式文档下载.docx
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近二十年来，为了解决以上的两个问题，世界各国竟相开发密封铅酸蓄电池，希望实现电池的密封，获得干净的绿色能源。
20世纪90年代后电信部门大量使用了阀控式铅蓄电池作为后备电源，阀控式铅蓄电池在电源产品中占有重要地位。
阀控式铅酸蓄电池的英文名称为ValveRegulatedLeadBattery（简称VRLA电池），其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀（也叫安全阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值（通常用气压值表示），即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止水分蒸发。
二、阀控铅酸蓄电池结构
阀控铅蓄电池的基本结构如下图所示。
它由正负极板、隔板、电解液、安全阀、气塞、外壳等部分组成。
正负极板均采用涂浆式极板，活性材料涂在特制的铅钙合金骨架上。
这种极板具有很强的耐酸性、很好的导电性和较长的寿命，自放电速率也较小。
隔板彩超细玻璃纤维制成，全部电解液注入极板和隔板中，电池内没有流动的电解液，即使外壳破裂，电池也能正常工作。
电池顶部装有安全阀，当电池内部气压达到一定数值时，安全阀自动开启，排出气体。
电池内气压低于一定数值时，安全阀自动关闭，顶盖上还备有内装陶瓷过滤器的气塞，它可以防止酸雾从蓄电池中逸出。
正负极接线端子用铅合金制成，采用全密封结构，并且用沥青封口。
图6-1阀控铅蓄电池的基本结构
在阀控铅蓄电池中，电解液全部吸附在隔板和极板中，负极活性物质（海绵状铅）在潮湿条件下活性很多，能与氧气快速反应。
充电过程中，正极板产生的氧气通过隔板扩散到负极板，与负极活性物质快速反应，化合成水。
因此，在整个使用过程中，不需要加水补酸。
第二节阀控式铅酸蓄电池的基本原理
一、铅酸蓄电池化学反应原理
阀控式铅酸蓄电池的化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能供给外系统。
其充电和放电过程是通过化学反应完成的，化学反应式如下：
正极：
负极：
从上面反应式可看出，充电过程中存在水分解反应，当正极充电到70%时，开始析出氧气，负极充电到90%时开始析出氢气，由于氢氧气的析出，如果反应产生的气体不能重新复合利用,电池就会失水干涸；
对于早期的传统式铅酸蓄电池，由于氢氧气的析出及从电池内部逸出，不能进行气体的再复合，是需经常加酸加水维护的重要原因；
而阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再复合利用，同时抑制氢气的析出，克服了传统式铅酸蓄电池的主要缺点。
二、氧循环原理
阀控式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量设计，AGM或GEL电解液吸附系统，正极在充电后期产生的氧气通过AGM或GEL空隙扩散到负极，与负极海绵状铅发生反应变成水，使负极处于去极化状态或充电不足状态，达不到析氢过电位，所以负极不会由于充电而析出氢气，电池失水量很小，故使用期间不需加酸加水维护。
阀控式铅酸蓄电池氧循环如下：
图6-2阀控式铅酸蓄电池氧循环示意图
可以看出，在阀控式铅酸蓄电池中，负极起着双重作用，即在充电末期或过充电时，一方面极板中的海绵状铅与正极产生的O2反应而被氧化成一氧化铅，另一方面是极板中的硫酸铅又要接受外电路传输来的电子进行还原反应，由硫酸铅反应成海绵状铅。
在电池内部，若要使氧的复合反应能够进行，必须使氧气从正极扩散到负极。
氧的移动过程越容易，氧循环就越容易建立。
在阀控式蓄电池内部，氧以两种方式传输：
一是溶解在电解液中的方式，即通过在液相中的扩散，到达负极表面；
二是以气相的形式扩散到负极表面。
传统富液式电池中，氧的传输只能依赖于氧在正极区H2SO4溶液中溶解，然后依靠在液相中扩散到负极。
如果氧气相在电极间直接通过开放的通道移动，那么氧的迁移速率就比单靠液相中扩散大得多。
充电末期正极析出氧气，在正极附近有轻微的过压，而负极化合了氧，产生一轻微的真空，于是正、负间的压差将推动气相氧经过电极间的气体通道向负极移动。
阀控式铅蓄电池的设计提供了这种通道，从而使阀控式电池在浮充所要求的电压范围下工作，而不损失水。
对于氧循环反应效率，AGM电池具有良好的密封反应效率，在贫液状态下氧复合效率可达99%以上；
胶体电池氧再复合效率相对小些，在干裂状态下，可达70-90%；
富液式电池几乎不建立氧再化合反应，其密封反应效率几乎为零。
三、充放电特性
（一）放电中电压的变化
电池在放电之前活性物质微孔中的硫酸浓度与极板外主体溶液浓度相同，电池的开路电压与此浓度相对应。
放电一开始，活性物质表面处（包括孔内表面）的硫酸被消耗，酸浓度立即下降，而硫酸由主体溶液向电极表面的扩散是缓慢过程，不能立即补偿所消耗的硫酸，故活性物质表面处的硫酸浓度继续下降，而决定电极电势数值的正是活性物质表面处的硫酸浓度，结果导致电池端电压明显下降，见曲线OE段。
随着活性物质表面处硫酸浓度的继续下降，与主体溶液之间的浓度差加大，促进了硫酸向电极表面的扩散过程，于是活性物质表面和微孔内的硫酸得到补充。
在一定的电流放电时，在某一段时间内，单位时间消耗的硫酸量大部分可由扩散的硫酸予以补充，所以活性物质表面处的硫酸浓度变化缓慢，电池端电压比较稳定。
但是由于硫酸被消耗，整体的硫酸浓度下降，又由于放电过程中活性物质的消耗，其作用面积不断减少，真实电流密度不断增加，过电位也不断加大，故放电电压随着时间还是缓慢地下降，见曲线EFG段。
随着放电继续进行，正、负极活性物质逐渐转变为硫酸铅，并向活性物质深处扩展。
硫酸铅的生成使活化物质的孔隙率降低，加剧了硫酸向微孔内部扩散的困难，硫酸铅的导电性不良，电池内阻增加，这些原因最后导致在放电曲线的G点（1.85V左右）后，电池端电压急剧下降，达到所规定的放电终止电压。
（二）充电中的电压变化
在充电开始时，由于硫酸铅转化为二氧化铅和铅，有硫酸生成，因而活性物质表面硫酸浓度迅速增大，电池端电压沿着OA急剧上升。
当达到A点后，由于扩散、活性物质表面及微孔内的硫酸浓度不再急剧上升，端电压的上升就较为缓慢（ABC）。
这样活性物质逐渐从硫酸铅转化为二氧化铅和铅，活性物质的孔隙也逐渐扩大，孔隙率增加。
随着充电的进行，逐渐接近电化学反应的终点，即充电曲线的C点（2.35V左右）。
到达C点以后，继续充电将产生大量气体。
当极板上所存硫酸铅不多，通过硫酸铅的溶解提供电化学氧化和还原所需的Pb2+极度缺乏时，反应的难度增加，当这种难度相当于水分解的难度时，即在充入电量70%时开始析氧，即副反应2H2O→O2+4H++4e-，充电曲线上端电压明显增加。
当充入电量达90%以后，负极上的副反应，即析氢过程发生，这时电池的端电压达到D点，两极上大量析出气体，进行水的电解过程，端电压又达到一个新的稳定值，其数值取决于氢和氧的过电位，正常情况下该恒定值约为2.6V。
图6-3阀控式铅酸蓄电池充电特性曲线
蓄电池放电后的回复充电也可以采用浮动充电方法。
上图是按10小时率额定容量50％及100％放电后的定电流[0.1C10（A）]定电压（2.23V）充电特性图。
放电后的蓄电池充满电所需时间随放电量、充电初期电流、温度而变化。
如图中100％放电后的电池在25℃以0.1C10（A）、2.23V/单格进行限流恒压充电，24小时左右可以充电至放电量100%以上。
四、阀控式铅酸蓄电池的容量
（一）电池容量
电池容量是电池储存电量多少的标志，有理论容量、额定容量和实际容量之分。
1、理论容量
理论容量是假设活性物质全部反应放出的电量。
2、额定容量
额定容量是指制造电池时，规定电池在一定放电率条件下，应该放出最低限度的电量。
固定型铅酸蓄电池规定在25℃环境下，以10小时率电流放电至终了电压所能达到的容量叫额定容量，用符号C10表示。
3、实际容量
实际容量是指在特定的放电电流、电解液温度和放电终了电压等条件下，蓄电池实际放出的电量。
它不是一个恒定的常数。
阀控式铅蓄电池规定的工作条件一般为：
10小时率电流放电，电池温度为25℃，放电终了电压为1.8V。
（二）使用因素对电池容量的影响
影响电池容量的主要因素有：
放电率、放电温度、电解液浓度和终了电压等。
1、放电率的影响
放电至终了电压的快慢叫做放电率，放电率可用放电电流的大小，或者用放电到终了电压的时间长短来表示，分为时间率和电流率。
一般都用时间表示，其中以10小时率为正常放电率。
对于一给定电池，在不同时率下放电，将有不同容量。
放电特性如下：
图6-4阀控式铅酸蓄电池放电特性曲线
下表为一GFM1000电池在常温下不同放电率放电时的容量。
放电率
1
2
3
4
5
8
10
12
20
容量（AH）
550
656
750
790
850
944
1000
1045
1100
放电率越高，放电电流越大。
这时极板表面迅速形成PbSO4。
而PbSO4的体积比PbO2和Pb大，堵塞了多孔电极的孔口，电解液则不能充分供应电极内部反应的需要，电极内部活性物质得不到充分利用，因而高倍率放电时容量降低。
2、电解液温度的影响
环境温度对电池的容量影响很大。
在一定环境温度范围内放电时，使用容量随温度升高而增加，随温度降低而减小。
放电容量与环境温度的关系图如下：
图6-5温度对阀控式铅酸蓄电池容量的影响
电解液在温度较高时，其离子运动速度增加，扩散能力加强，电解液内阻减小，放电时电流通过电池内部，压降损耗减小，所以电池容量增大；
当电解液温度下降时，则容量降低。
但环境温度不能过高，若在环境温度超过40℃条件下放电，则电池容量明显减小。
因为正极活性物质结构遭到破坏，若放电转变为PbSO4，其颗粒间就形成了电气绝缘，所以电池容量反而减小。
依据国家标准，阀控式密封铅酸蓄电池放电时，若温度不是25℃的标准温度，则需要将实测电量Ct换算成标准温度的实际容量Ce。
式中：
Ct——非标准温度下电池放电量
t——放电时的环境温度
k——温度系数
10小时率容量试验时k=0.006/℃
3小时率容量试验时k=0.008/℃
1小时率容量试验时k=0.01/℃
3、电解液浓度的影响
电解液浓度影响电液扩散速度和电池内阻。
在实用范围内，电池容量随电解液浓度的增大而提高。
但也不可浓度过大，因浓度高则粘度增加，反而影响电液扩散，降低输出容量。
4、终止电压的影响
电池的容量与端电压降低的快慢有密切关系。
终止电压是按实际需要确定的，小电流放电时，终止电压要定得高些；
大电流放电，终止电压要定得低些。
因为小电流放电时，硫酸铅结晶易在孔眼内部生成，而且结晶较细。
由于孔眼率较高，电解液便于内外循环，因此电池的内阻小，电势下降就慢。
如果不提高终了电压值，将会造成电池深度过量放电，使极板硫酸化，故而终止电压规定得高些。
大电流放电时，扩散速度跟不上，端电压降低很快，容量发挥不出来，因此终止电压应定得低些。
5、电池串联的影响
每个电池的电动势均为E、内阻均为r。
如果有n个相同的电池相串联，那么整个串联电池组的电动势与等效内阻分别为：
E串=nE，r串=nr
串联电池组的电动势是单个电池电动势的n倍，额定电流相同。
6、电池并联的影响
如图所示并联电池组，每个电池的电动势均为E、内阻均为r。
图6-6并联电池组
如果有n个相同的电池相并联，那么整个并联电池组的电动势与等效内阻分别为：
E并=E，r并=r/n。
并联电池组的额定电流是单个电池额定电流的n倍，电动势相同。
另外，电池容量还与电池的新旧程度、局部放电等因素有关。
第三节蓄电池的使用和维护
阀控式铅酸蓄电池尽管有许多优点，但和所有电池一样也存在可靠性和寿命问题。
VARL电池文献报道使用寿命为15～20年（25℃浮充使用），但实际在使用中，电池会出现提前失效的现象，容量降为80％以下。
蓄电池失效系指电池性能逐渐退化，直至不能使用。
较短的使用寿命并不是VARL电池的本来属性，造成VARL电池性能下降的原因是多方面的，主要是通过正极板、负极板和隔板等情况的逐渐变质，如板栅的腐蚀与变形，电解液干涸，负极硫酸化，早期容量损失（PCL），热失控等。
一、阀控式铅酸蓄电池的失效
（一）失水
从阀控式铅酸蓄电池中排出氢气，氧气，水蒸气，酸雾，都是电池失水的方式和干涸的原因。
干涸造成电池失效这一因素是阀控式铅酸蓄电池所特有的。
失水的原因有以下几方面：
1、气体再化合的效率低；
2、从电池壳体中渗出水；
3、板栅腐蚀消耗水；
4、自放电损失水；
5、安全阀失效或频繁开启。
（二）早期容量损失（PCL）
在阀控式铅酸蓄电池中使用了低锑或无锑的板栅合金，早期容量损失常容易在如下条件发生：
1、不适宜的循环条件，如连续高速率放电，深放电，充电开始时低的电流密度；
2、缺乏特殊添加剂如Sb，Sn等；
3、低速率放电时高的活性物质利用率，电解液高度过剩，极板过薄等；
活性物质密度过低，装配压力过低等。
（三）热失控
大多数电池体系都存在发热问题，在阀控式铅酸蓄电池中可能性更大，这是由于氧再化合过程使电池内产生更多的热量，排出的气体量小，减少了热的消散。
若阀控式铅酸蓄电池工作环境温度过高，或充电设备电压失控，则电池的充电量会增加过快，电池内部温度随之增加，电池散热不佳，从而产生过热，电池内阻下降，充电电流又进一步升高，内阻进一步降低。
如此反复形成恶性循环，直到热失控使电池壳体严重变形，涨裂。
为杜绝热失控的发生，要采用以下措施：
1、充电设备应有温度补偿功能或限流；
2、严格控制安全阀质量，以使电池内部气体正常排出；
3、蓄电池要设置在通风良好的位置，并控制电池温度。
4、负极不可逆硫酸盐化
在正常条件下，铅蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶，在充电时能较容易地还原为铅，如果电池的使用和维护不当，例如经常处于充电不足或过放电，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法充电很难使它转化为活性物质，从而减少了电池容量，甚至成为蓄电池寿命终止的原因，这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。
为了防止负极发生不可逆硫酸盐化，必须对蓄电池及时充电，不可过放电。
1、板栅腐蚀与伸长
在实际运行过程中，一定要根据环境温度选择合适的浮充电压。
浮充电压过高，除引起水损失加速外，也引起正极板栅腐蚀加速。
当合金板栅发生腐蚀时，产生应力，致使极板变形、伸长，从而使极板边缘间或极板与汇流排顶部短路。
而且阀控铅酸蓄电池的寿命，取决于正极板寿命，其设计寿命是按正极板栅合金的腐蚀速率进行计算的。
正极板栅被腐蚀得越多，电池的剩余容量就越少，电池寿命就越短。
2、隔板质量下降
目前世界通信界选用的阀控式铅酸电池普遍为AGM（吸附式玻璃纤维棉）型电池。
由于VRLA电池为紧密装配，电池中的AGM使用一定时期之后，产生弹性疲劳，使电池极群失去压缩或压缩减小，结果在AGM隔板与极板间产生裂纹，电池内阻增大，电池性能下降。
二、阀控式铅酸蓄电池的使用
（一）容量的选择
阀控式铅酸蓄电池的额定容量是10小时率放电容量。
电池放电电流过大，则达不到额定容量。
因此，应根据设备负载、电压大小、后备时间和电流大小等因素来选择合适容量的电池及满足应用要求的电池。
蓄电池容量计算公式如下：
（二）阀控式铅酸蓄电池的安装
1、安装方式
阀控式密封铅酸电池应与通信设备同装一室，可叠放组合或安装在机架上。
阀控式铅酸蓄电池有高形和矮形两种设计，高形设计的电池体积（高度）、重量大，浓差极化大，影响电池性能，最好卧式放置。
矮形电池可立放，也可卧放。
安装方式要根据工作场地与设施而定。
2、注意事项
（一）不能将容量、性能和新旧程度不同的电池连在一起使用。
（二）连接螺丝必须拧紧，但也不要因拧紧力过大而使极柱嵌铜件损坏。
脏污和松散的连接会引起电池打火爆炸，因此要仔细检查。
（三）电池均为100%荷电出厂，必须小心操作，忌短路。
因此，装卸、连接时应使用绝缘工具，戴绝缘手套，防止电击。
（四）安装末端连接件和整个电源系统导通前，应认真检查正负极性并测量系统电压。
（五）电池不要安装在密闭的设备和房间内，应有良好通风，最好安装空调。
电池要远离热源和易产生火花的地方，要避免阳光直射。
3、铅酸蓄电池的充电特性
蓄电池的充电方式有浮充充电、均衡充电和快速充电等多种方式。
通信用蓄电池的充电方式主要是浮充充电和均衡充电两种方式。
为了延长阀控电池的使用寿命，必须了解不同充电方式的充电特点和充电要求，严格按照要求对蓄电池进行充电。
4、补充充电
阀控式铅酸蓄电池是荷电出厂，由于自放电等原因，投入运行前要做补充充电和一次容量实验。
补充充电应采用低压恒压充电方法，充电电压应按厂家使用说明书进行。
（1）浮充工作特性
（2）全浮充工作方式
在通信局（站）直流电源系统中，蓄电池采用全浮充工作方式。
在市电正常时，蓄电池与整流器并联运行，蓄电池自放电引起的容量损失便在全浮充过程被补足，这时，蓄电池组起平滑滤波作用。
因为电池组对交流成分有旁路作用，从而保证了负载设备对电压的要求。
在市电中断或整流器发生故障时，由蓄电池单独向负荷供电，以确保通信不中断。
一般说电池组平时并不放电，负载的电流全部由整流器供给。
当然实际运行过程中电池有局部放电以及负载的意外突然增大而放电。
5、浮充电流的选择
（1）浮充电流应足以补偿每昼夜自放电损失的电量；
（2）对于VRLA电池而言，应确保维护氧循环所需的电流；
（3）当蓄电池单独放电后，能依靠浮充，很快地补足容量，以备下一次放电。
6、浮充电压的选择
各种类型的VRLA电池的浮充电压不尽相同，在理论上要求浮充电压产生的电流足以达到补偿电池的自放电损失及电池单独放电用量，和维持氧循环需要。
实际工作还应考虑下列因素：
（1）选择在该充电电压下，电池极板生成的PbO2较为致密，以保护板栅不至于很快腐蚀；
（2）尽量减少O2与H2析出，并减少负极硫酸盐化；
（3）电解液浓度对浮充电压的影响；
（4）板栅合金对浮充电压的影响；
（5）通信设备对浮充系统基础电压的要求。
根据浮充电压选择原则与各种因素对浮充电压的影响，国外一般选择稍高的浮充电压，范围可为2.25V～2.35V，国内一般选择2.23V～2.27V的浮充电压。
不同厂家对浮充电压的具体规定不一样。
一般对浮充电压的规定为2.25V/单体（环境温度为25℃情况下），根据环境温度的变化，对浮充电压应作相应调整。
7、浮充电压的温度补偿
浮充充电与环境温度有密切关系。
通常浮充电压是指环境温度25℃而言，所以当环境温度变化时，为使浮充电流保持不变，需按温度系数进行补偿，即调整浮充电压。
在同一浮充电压下，浮充电流随温度升高而增大。
若进行温度换算可得出：
环境温度自25℃升或降1℃，每个电池端压随之减或增3mV～4mV方可保持浮充电流不变。
不同厂家电池的温度补偿系数不一样，在设置充电机电池参数时，应根据说明书上的规定设置温度系数，如说明书没有写明，应向电池生产厂家咨询确定。
在各相同类型结构的阀控式密封铅蓄电池中，浮充电流随浮充电压增大而增加，随温度升高而增加。
8、均衡充电
蓄电池在使用过程中，有时会产生比重、端电压等不均衡情况，为防止这种不均衡扩展成为故障电池，所以要定期履行均衡充电。
合适的均充电压和均充频率是保证电池长寿命的基础，对阀控铅酸蓄电池平时不建议均充，因为均充可能造成电池失水而早期失效。
凡遇下列情况需进行均衡充电：
单独向通信负荷供电15min以上；
两只以上单体电池的浮充电压低于2.18V；
二是电池深放电后容量不足，或放电深度超过20％；
阀控式铅蓄电池搁置不用时间超过三个月或全浮充运行达三个月都要对电池进行均衡充电。
均衡充电时，通常采用恒压限流的方式。
充电电压的设置也要根据电池的结构特点和环境温度来确定。
环境温度为25℃时，单体阀控式铅酸蓄电池的均衡充电电压应设置在2.35V左右，充电电流应小于0.25C10A。
均衡充电时时间不宜过长，因为均衡充电电压已属高压，若充电时间过长，不仅使VRLA电池内盈余气体增多，影响氧再化合速率，而且使板栅腐蚀速度增加，从而损坏电池。
当均衡充电的电流减小至连续三小时不变时，必须立即转入浮充电状态，否则，将会因严重过充电而影响电池的使用寿命。
9、铅酸蓄电池的放电特性
铅蓄电池投入运行，是对实际负荷的放电，其放电速率随负荷的需要而定。
各种放电小时率下的放电方法一般有标准小时率（10小时率）下的放电，高放电率下的放电，冲击放电和核对性放电等几种。
放电速率不同，放电终止电压也不相同，放电速率越高，放电终止电压越低。
温度对电池放出的容量也有较大影响，通常，环境温度越低，放电速率越大，电池放出的容量就小。
三、阀控式铅酸蓄电池的维护
阀控蓄电池的使用寿命和机房的环境，整流器的设置参数，以及运行状况很有关系。
同一品牌的蓄电池，当其在不同的环境和不同的维护条件下使用时，其实际使用寿命会相差很大。
（一）为保证蓄电池的使用寿命，最好不要使蓄电池有过放电。
稳定的市电以及油机配备是蓄电池使用寿命长的良好保证，而且油机最好每月启动一次，检查其是否能正常工作。
（二）一些整流器（开关电源）的参数设置（如浮充电压，均充电压，均充的频率和时间，转均充判据，转浮充判据，环境温度，温度补偿系数，直流输出过压告警，欠压告警，充电限流值等），要跟各蓄电池厂家沟通后再具体确定。
（三）每个机房的蓄电池配置容量最好在8～10小时率比较合适，频繁的大电流放电会使蓄电池使用寿命缩短。
（四）阀控蓄电池虽称“免维护”蓄电池，但在实际工作中仍需履行维护手续。
每月应检查的项目如下：
1、单体和电池组浮充电压；
2、电池的外壳和极柱温度；
3、电池的壳盖有无变形和渗液；
4、极柱和安全阀周围是否渗液和酸雾溢出。
（五）如果电池的连接条没有拧紧，会使连接处的接触电阻增大，在大电流充放电过程中，很容易使连接条发热甚至会导致电池盖的熔化，情况严重的可能引发明火。
所以维护人员应每半年做一次连接条的拧紧工作，以保证蓄电池安全运行。
（六）蓄电池放电时注意事项：
应先检查整组电池的连接处是否拧紧，再根据放电倍率来确定放电记录的时间间隔，对于已开通的机房一般使用假负
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