閥控式密封鉛酸蓄電池的應(yīng)用與維護(hù)

這篇文章寫的很好，對(duì)于制造廠家及用戶單位都值得一讀，尤其是正確使用及合理維護(hù)閥控式密封鉛酸蓄電池的方法更為重要。

閥控式密封鉛酸蓄電池的應(yīng)用與維護(hù)

摘要：闡述了閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域及市場前景。并根據(jù)生產(chǎn)和應(yīng)用實(shí)踐，介紹閥控式密封鉛酸蓄電池的維護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：閥控式密封鉛酸蓄電池應(yīng)用維護(hù)

Application and Maintenance of VRLAB

Abstract: The paper describes the fundament applications and market prospect of VRLAB. The maintenance method of VRLAB is introduced depend on the practice of manufacture and appli cation.

Keywords:VRLAB Application Maintenance

??? 自法國普蘭特1859年發(fā)明鉛酸蓄電池以來，至今已有一百多年的歷史。它與其它所有化學(xué)電源一樣，是一個(gè)電能與化學(xué)能互相轉(zhuǎn)換的裝置。由于它具有電動(dòng)勢(shì)高、充放電可逆性好、使用溫度范圍廣、電化學(xué)原理清楚、生產(chǎn)工藝易于掌握和原材料豐富而且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自50年代起，不斷對(duì)傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池進(jìn)行技術(shù)改造。特別是閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLAB）的問世，由于它克服了酸液易于外溢令人頭痛的弊病，能與電子設(shè)備放在一起，符合用戶使用方便的要求，從而使它的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。誠然，作為一種新技術(shù)、新產(chǎn)品推向市場，需要有一個(gè)不斷完善的過程，除了制造商對(duì)產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量不斷提高外，還需要用戶對(duì)新產(chǎn)品的使用和維護(hù)有所了解，使之用得更合理、更長久。

1工作原理與優(yōu)良特性

　　VRLAB的工作原理，基本上仍沿襲傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，它的正極活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀金屬鉛（Pb），電解液是稀硫酸（H2SO4），其電極反應(yīng)方程式如下：

　　正極：

PbO2＋HSO－4＋3H＋＋2e?PbSO4＋2H2O

　　負(fù)極：

Pb＋HSO－4?2PbSO4＋2H2O　　整個(gè)電池反應(yīng)方程式：

Pb＋PbO2＋2H＋＋2HSO－4?2PbSO4＋2H2O　　VRLAB在結(jié)構(gòu)、材料上作了重要的改進(jìn)，如圖1所示，正極板采用鉛鈣合金或鉛鎘合金、低銻合金，負(fù)極板采用鉛鈣合金，隔板采用超細(xì)玻纖隔板，并使用緊裝配和貧液設(shè)計(jì)工藝技術(shù)，整個(gè)電池反應(yīng)密封在塑料電池殼內(nèi)，出氣孔上加上單向的安全閥。這種電池結(jié)構(gòu)，在規(guī)定充電電壓下進(jìn)行充電時(shí)，正極析出的氧（O2），可通過隔板通道傳送到負(fù)極板表面，還原為水（H2O），其反應(yīng)式如下：

　　正極上：2H2O?O2＋4H＋＋4e

　　負(fù)極上：O2＋2Pb?2PbO

2PbO＋2H2SO4?2PbSO4＋2H2O

　　這是VRLAB特有的內(nèi)部氧循環(huán)反應(yīng)機(jī)理，這種充電過程，電解液中的水幾乎不損失，使電池在使用過程中達(dá)到不需要加水的目的。

圖1VRLAB工作原理示意圖

　　由于作了上述重要改進(jìn)，VRLAB具有體積小、重量輕、自放電小、少維護(hù)、壽命長、使用方便、對(duì)環(huán)境無腐蝕、無污染等優(yōu)良特性，與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，在使用、維護(hù)和管理上有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。

　?。?）使用方便

　　VRLAB只需嚴(yán)格控制整流器的充電電壓，根據(jù)浮充使用和循環(huán)使用的不同要求，采用規(guī)定的電壓進(jìn)行恒壓充電，無需值班人員過多操心電池的充電過程，不必添加蒸餾水，也不必經(jīng)常檢測電池端電壓、電解液比重及溫度，只需定期檢測電池端電壓和放電容量即可。

　　（2）安裝簡便

　　VRLAB已進(jìn)行過化成充放電處理，荷電出廠，所以用戶在安裝使用時(shí)，無需再進(jìn)行繁瑣的初充電過程，如果放置時(shí)間超過六個(gè)月，可按生產(chǎn)廠的規(guī)定進(jìn)行補(bǔ)充電，在充足電之后，進(jìn)行一次容量試驗(yàn)性放電檢查，以判斷電池容量是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量是否穩(wěn)定可靠。

　?。?）安全可靠

　　VRLAB采用密封結(jié)構(gòu)，可豎放或臥放使用，無酸霧、無毒、無有害氣體溢出，由于電池采用恒壓充電制，電池內(nèi)部實(shí)現(xiàn)氧循環(huán)過程，水損失很少，即使偶爾過充，有少量的氣體可通過安全閥向外排出，電池殼不致因壓力過大而鼓脹甚至爆裂。

　　（4）節(jié)省投資

　　VRLAB不污染設(shè)備和環(huán)境，可與電子設(shè)備放在一起使用，無須專門用于電池放置和維護(hù)的房間，維護(hù)工作量大大減少。而且電池安裝可采用疊放式電池架，占地面積小，節(jié)約電源系統(tǒng)的投資費(fèi)用。

　　總之，VRLAB的優(yōu)良特性，無疑對(duì)通信、電力、信息、金融等行業(yè)的科學(xué)管理創(chuàng)造了極為有利的條件，容易實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)無人值守和微機(jī)集中監(jiān)控的現(xiàn)代化管理方式。

2應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展前景

　　眾所周知，從平常的玩具、手電筒到重要的通信機(jī)站、電站等領(lǐng)域都有電池的用武之地，作為后備電源或動(dòng)力電源，在許多重要系統(tǒng)裝置、設(shè)施的安全運(yùn)行中總少不了它，隨著計(jì)算機(jī)、信息、運(yùn)輸、電力等事業(yè)的發(fā)展，電池的需求量仍不斷增長，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界對(duì)電池的需求量年增長率接近8％，估計(jì)到2002年，全球電池銷售總額將達(dá)到550億美元[1]。

　　其中，鉛酸電池銷售量占世界電池總銷量的一半以上。本文引用世界最有權(quán)威的美國國際電池協(xié)會(huì)（BCI）提供的調(diào)查資料[2]說明鉛酸電池的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。

　　美國電池工業(yè)，主要是指鉛酸電池，它的應(yīng)用領(lǐng)域可分為兩部分：

　?。?）機(jī)動(dòng)用電源（Motivepower）

　　主要用于卡車、鏟車、小汽車及鐵路機(jī)車等車輛用電池，1977年統(tǒng)計(jì)資料，這方面銷售額占40％。

　?。?）固定用電源（Stationarypower）

　　主要用于電話通信、不間斷電源（UPS）、安全報(bào)警、開關(guān)控制、應(yīng)急燈、電子設(shè)備及醫(yī)療設(shè)備等，這方面銷售額占60％。

　　該協(xié)會(huì)調(diào)查組收集了美國16家知名鉛酸電池制造廠商的銷售資料，總結(jié)和預(yù)測了各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的銷售情況（見表1）

表1美國工業(yè)電池市場銷售情況及預(yù)測(單位：百萬美元)

＊指草地、花園、玩具和一些特殊的使用場合

＊＊指鏟車、卡車、自動(dòng)導(dǎo)向車輛及機(jī)場地勤車輛

　　從表1可以看出，美國鉛酸電池的銷售前景是很好的。特別是通信、UPS方面，其銷售占固定用電源總額70％。而且，這些領(lǐng)域中，新的設(shè)備使用電池和舊設(shè)備更換電池大都采用VRLA電池。

　　我國從80年代中期開始研制VRLAB，但都是小型電池，上海復(fù)華實(shí)業(yè)股份有限公司從1986年開始研制小型VRLAB，裝入自行設(shè)計(jì)的UPS設(shè)備中進(jìn)行試用定型，于1991年通過上海市新產(chǎn)品鑒定，并開始制造POWERSON牌容量從1.2～100Ah的MF全系列VRLA電池，將其推向市場，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，榮獲1993年度上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。90年代初，為了適應(yīng)我國電信事業(yè)的發(fā)展，復(fù)華公司引進(jìn)美國、德國先進(jìn)的電池設(shè)備和技術(shù)，在上海嘉定復(fù)華高新技術(shù)園區(qū)內(nèi)建立了現(xiàn)代化的電池廠，研制出POWERSON固定型GMF系列VRLAB，容量從200～3000Ah，廣泛應(yīng)用于通信、電力和UPS系統(tǒng)。POWERSON牌VRLAB已通過信息產(chǎn)業(yè)部、電力部、總參、國家產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)及美國UL的檢測認(rèn)可，制造廠也通過了ISO－9001質(zhì)量體系認(rèn)證。如今，VRLAB在我國已遍地開花，市場競爭更加激烈。然而，只有制造設(shè)備，生產(chǎn)工藝及管理水平上檔次的制造商，才能贏得用戶的信賴。3使用要求與維護(hù)方法

　　VRLAB在我國推廣應(yīng)用已有十多年了，由于其不溢酸霧、少維護(hù)的特性，受到愈來愈多用戶的青睞。但從用戶使用情況來看，還有不少用戶不甚了解VRLAB使用要求，認(rèn)為是不要維護(hù)的，在更換傳統(tǒng)鉛酸電池時(shí)，也未調(diào)整充電電壓，甚至仍用恒流充電制，由于電池過充過放，熱失控等情況，致使電池早期失效。因此，加強(qiáng)對(duì)VRLAB使用要求和維護(hù)方法的宣傳，正確理解“免維護(hù)”的含義，對(duì)進(jìn)一步推廣VRLAB應(yīng)用是非常必要的。

　　影響VRLAB使用壽命的主要因素是熱失控和失水，下面分別討論它們的起因和預(yù)防措施[3]：

　　(1)熱失控的產(chǎn)生與預(yù)防

　　由于充電電壓和電流控制不當(dāng)，在充電后期，會(huì)出現(xiàn)一種臨界狀態(tài)，即熱失控。此時(shí)，蓄電池的電流及溫度發(fā)生積累性的相互增強(qiáng)作用，使電池槽殼變形（“鼓肚子”），如有一用戶，在安裝2000Ah電池組時(shí)，線路接錯(cuò)，少接二只電池，即48V變成44V，而充電電壓又按照53.7V進(jìn)行浮充，這樣每只電池浮充電壓從2.23V變成2.44V，充電一個(gè)月后，由于電池內(nèi)部熱積累，排氣不及，使電池“鼓肚子”，這是比較嚴(yán)重的故障。

　　應(yīng)該指出，在正常浮充電壓下是不可能產(chǎn)生熱失控的，只有人為操作和設(shè)備失控使電壓過高，或電池組中個(gè)別電池嚴(yán)重故障如短路、反極時(shí)才可能產(chǎn)生。因此，正確選擇浮充電壓和定期檢查每個(gè)電池的“健康情況”是非常重要的，如果環(huán)境溫度變化較大，應(yīng)根據(jù)溫度補(bǔ)償加以校正。

　　(2)電池失水與預(yù)防

　　VRLAB是在“貧液”狀態(tài)下工作的，其氣體復(fù)合效率應(yīng)接近100％。如果制造工藝中，電池處于“富液”狀態(tài)，會(huì)使隔板中O2的通道阻塞，氣體復(fù)合效率降低，電池內(nèi)壓力增大，特別是在安全閥性能不良情況下，失水更加嚴(yán)重，經(jīng)過一段時(shí)期后，電池會(huì)失水而干涸。

　　當(dāng)然，由于浮充電壓過高，電解水反應(yīng)加劇，析氣速度加快，失水也必然增加。另外，使用環(huán)境溫度過高，未調(diào)整浮充電壓，也同樣會(huì)產(chǎn)生失水現(xiàn)象。因此，除了制造商應(yīng)嚴(yán)格控制電池中電解液的數(shù)量以外，用戶應(yīng)創(chuàng)造一個(gè)最佳溫度（20±5℃）使用環(huán)境和嚴(yán)格控制浮充電壓運(yùn)行條件，保證電池組有較長的使用壽命。

　　此外，每只電池浮充電壓一致性不好，也會(huì)使個(gè)別高浮充電壓的電池失水，而過早失效。因此，通過維護(hù)手段使電池浮充電壓比較一致，也是延長電池組使用壽命的有效方法。為了保證電源無故障運(yùn)行，延長電池組使用壽命，這里提出如下運(yùn)行維護(hù)方案：

　?。?）充電要求

　　鉛酸電池放電產(chǎn)物是硫酸鉛，若不及時(shí)轉(zhuǎn)化掉，會(huì)使電池處于充電不足狀態(tài)，從而降低電池放電容量和縮短電池使用壽命。因此，必須使電池組處于充足電狀態(tài)。一般采用“恒壓充電制”，對(duì)不同情況，可分浮充和均充。

　　①浮充充電

　　在線式電池組是長期并聯(lián)在充電器和負(fù)載線路上，作為后備電源的工作方式。一般情況下，都采用浮充充電，單體電池電壓控制在2.25V，并定期觀察、記錄浮充電壓變化。如果單體電池電壓偏低，說明電池充電不足，容量不夠，應(yīng)注意跟蹤。

　　②均充充電

　　如果電池組在浮充過程中存在落后電池（單體電池電壓低于2.20V），或浮充三個(gè)月后，宜進(jìn)行均充過程，其單體電池電壓控制在2.35V，充6～8小時(shí)（注意一次均充時(shí)間不宜太長），然后調(diào)回到浮充電壓值，再觀察落后電池電壓變化，如電壓仍未到位，相隔二周后再均充一次，一般情況下，經(jīng)過3～6個(gè)月浮充，均充后，新電池組的浮充電壓會(huì)逐步趨于一致。

　?、蹨囟妊a(bǔ)償

　　雖然電池的工作溫度范圍很寬，可在－15℃～＋45℃范圍內(nèi)運(yùn)行，但是電池運(yùn)行最佳環(huán)境溫度為25℃左右，如果環(huán)境溫度變化較大，需用溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償（－3mV/℃），可參考表2調(diào)整充電電壓值。

表2不同環(huán)境溫度的浮充電壓值

　　（2）維護(hù)方法

　　如果在半年內(nèi)，電池組從未放過電，應(yīng)對(duì)電池組進(jìn)行一次治療性充放電維護(hù)操作。

　　①放電操作

　　放電是為了檢查電池容量是否正常，一般采用10小時(shí)率放電，有條件的可用假負(fù)載放電；從用戶方便考慮，也可直接用負(fù)載進(jìn)行放電，即拉掉市電，用電池組供電，考慮到安全性，放電深度控制在30～50％為宜。當(dāng)然，有條件可放電更深一些，容易暴露電池潛在的問題。并且每小時(shí)檢測一次單體電池電壓，通過計(jì)算放出電池容量，對(duì)照表3電壓值，判斷電池是否正常。

表3電池放出不同容量的標(biāo)準(zhǔn)電壓值（10小時(shí)率）

放出電池容量計(jì)算：

[電流（A）×?xí)r間（h）/電池額定容量（Ah）]×100％

　　在相應(yīng)放出容量下，其單體電池電壓值應(yīng)等于或大于相應(yīng)電壓值，即電池容量正常，反之電池容量不足。

　?、诔潆姴僮?/P>

表4PowersonGMF48V閥控式密封蓄電池組維護(hù)記錄表

電池型號(hào)：GMF2－2000負(fù)載電流：200A

檢測日期：1999.7.26

　　電池組放電后，應(yīng)立即轉(zhuǎn)入充電，開始時(shí)可控制電流不大于0.2C（A）為宜（如200Ah電池，充電電流應(yīng)不大于0.2×200=40A）。當(dāng)電流變小時(shí)，可慢慢提高電池組充電電壓，達(dá)到均充電壓值，再充6小時(shí)，然后再調(diào)回浮充電壓值。

　?、鄹鶕?jù)治療性充放電過程，從放電容量和電池電壓值判斷每只電池的“健康情況”，因?yàn)椴煌烹娙萘窟^程中每只電池的電壓變化，就代表了該電池的“健康”狀況，如有不合格電池，應(yīng)采取補(bǔ)救措施。

　　下面，提供某電信局使用POWERSON牌48V－2000Ah電池組的一種維護(hù)記錄表格（見表4）。從表4中數(shù)據(jù)分析可對(duì)電池正常與否作出判斷，并采取合適的維護(hù)方法：

　　?電池運(yùn)行基本正常，但6號(hào)電池容量偏低，注意跟蹤。

　　?整個(gè)電池組容量稍低于標(biāo)準(zhǔn)值，其原因是電池未完全充足。

?浮充電壓偏低，應(yīng)提高到53.7V（28℃）。

　　?應(yīng)進(jìn)行均充充電，以提高落后電池電壓。

　　總而言之，在推廣應(yīng)用VRLAB的過程中，制造商應(yīng)嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝條件，提供性能一致的高質(zhì)量電池產(chǎn)品；用戶應(yīng)加強(qiáng)對(duì)VRLAB的了解，并做好必要的維護(hù)工作，共同發(fā)展我國VRLAB民族工業(yè)，為我國國民經(jīng)濟(jì)做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

1 The Freedonia Group,Inc.,“ Would Batteries Demand To Increase” The Battery Man, March, 1999.

2 Bob Cullen, “ US Industrial Battery Forecast Report ” The Battery Man, August, 1998.

3 Kalayan Jana, “ Reliability ancements of VRLA Battery” The batEnm1.battery Man, April, 1999.